A/D转换的一般过程优化：步骤与原理

模数转换器是将时间和幅度都连续的模拟量转换为时间、幅值都离散的数值量，因此模数转换过程中，对模拟信号首先要进行采样保持，然后再进行量化和编码。

1.采样与保持

所谓采样，就是在一个微小时间内对模拟信号进行取样。采样结束后，再将此取样的模拟信号保持一段时间，使模数转换器有充分的时间进行A/D转换。这就是采样、保持电路的作用。

为了保证采样后的信号能恢复为原来的模拟信号，要求采样的频率fS与被采样的模拟信号的最高频率fImax应满足下面关系：

也就是说，采样频率fS必须高于输入模拟信号最高频率fImax的两倍，这一关系称为采样定理。

图13.3.1所示是表示模拟信号、采样信号及采样后保持的信号波形图。其中uI为输入模拟信号；uS为采样信号，频率为；uO为采样保持后的输出波形，每个采样值保持的时间为TS。只要fS高于uI最高频率的两倍，则从输出信号uO中可以恢复出输入模拟信号uI。

图13.3.1　采样保持信号波形图

采样保持电路如图13.3.2所示。电路由一个存储电容C，一个电子模拟开关场效应管T及一个电压跟随器来构成。当采样的信号Su为高电平时，开关管T导通，输入模拟信号uI通过T存储在电容C上。经过电压跟随器，使输出电压uO=uC=uI。当采样信号Su为低电平时，开关管T截止，电容C上的电压因无放电通路，会在一段时间内保持不变。所以输出电压uO也保持原数值，直到下一个采样信号uS的高电平到来为止。(www.xing528.com)

图13.3.2　采样保持电路

2.量化与编码

经采样保持所得的电压信号仍是模拟量，不是数字量。而量化和编码就是从模拟量产生数字量的过程。

在模数转换器中，将模拟电压转换成数字信号，其数字信号最低位LSB=1所对应的模拟电压的大小称为量化单位△。在进行A/D转换时，必须把采样电压化为这个量化单位△的整数倍，这个过程称为量化。

量化是将采样保持电路输出信号uO进行离散化的过程。离散后的电平称为量化电平。用二进制数表示量化电平即为编码。

一般被转换的模拟电压不可能被△整除，这种因素引起的误差我们称之为量化误差。误差的大小取决于量化的方法。而各种量化方法中，对模拟量分割的等级越细，误差则越小。

量化方法一般有两种，一种是采用只舍不入的方法，另一种是采用四舍五入的方法。

例如，量化单位为1 mV，对于0.5 mV≤uO＜1 mV，采用只舍不入方法取uO=0 mV，而采用四舍五入方法则取uO=1 mV。由于前者只舍不入，而后者有舍有入，所以后者较前者误差来得小。前者误差最大为1 mV，后者为0.5 mV。