全光模数转换的原理及进展_韩顺利

全光模数转换的原理及进展

韩顺利　胡为良　张　鹏

（中国电子科技集团公司第四十一研究所电子测试技术重点实验室，山东青岛２６６５５５

）摘要　由于电路时钟抖动和比较器弛豫等内禀属性的影响，传统的电子模数转换器已经不能满足高带宽数字信号处

理的发展。模数转换主要包括采样、量化和编码。全光模数转换引入光子技术来对模拟电信号采样和量化，可以提

高数字信号处理系统的性能，满足高速和高分辨率的需求，从而解决电子模数转换器的技术瓶颈问题。针对目前主要研究的全光模数方案，如泰勒方案、空间光干涉和偏振干涉的移相光量化方案、孤子自频移的方案、对称双波导长

周期波导光栅和波导阵列光栅的方案等，

介绍了其基本原理及实验方案，并对各种方案的特点进行了分析。关键词　信号处理；全光模数转换；光采样；光量化；电光调制器

中图分类号　ＴＮ９１１ 文献标识码　Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＬＯＰ５０．０８００２５

Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ａｌｌ－Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇ

ｉｔａｌ　ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＨａｎ　Ｓｈｕｎｌｉ　Ｈｕ　Ｗｅｉｌｉａｎｇ　Ｚｈａｎｇ　

Ｐｅｎｇ（Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｔｈｅ　４１ｓｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＣｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２

６６５５５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｈｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｉｎｇ　ｊｉｔｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｌｏｃｋｉｎｇ　

ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ　ａｍｂｉｇｕｉｔｙ，ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ（ＡＤＣ）ｃａｎｎｏｔ　ｆｕｌｆｉｌｌ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｄｉｇ

ｉｔａｌｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｓａｍｐｌｉｎｇ，ｑｕａｎｔｉｚｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｄｉｎｇ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　

ｐｈｏｔｏｎｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｆｏｒ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎａｌｏｇ　

ｓｉｇｎａｌ，ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ＡＤＣ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｈｉｇｈ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　

ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｈｅｎｃｅ，ｉｔｓｏｌｖｅｓ　ｔｈｅ　ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ＡＤＣ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅｃｅｎｔｌｙ　

ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｏｓｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｔａｙｌｏｒ　ｓｃｈｅｍｅ，ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　ａｎｄ　ｐ

ｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄｏｐｔｉｃａｌ　ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ（ＰＳＯＱ），ｓｏｌｉｔｏｎ　ｓｅｌｆ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　

ｓｈｉｆｔ，ｌｏｎｇ－ｐｅｒｉｏｄ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｇｒａｔｉｎｇ（ＬＰＷＧ）ａｎｄ　ａｒｒａｙｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｇｒａｔｉｎｇ（

ＡＷＧ），ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｏｐｔｉｃａｌ　ｓａｍｐｌｉｎｇ；ｏｐｔｉｃａｌ　ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐ

ｔｉｃａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒＯＣＩＳ　ｃｏｄｅｓ　０

７０．４５６０；０６０．４５１０；０７０．１１７０ 收稿日期：２０１３－０３－０８；收到修改稿日期：２０１３－０４－２８；网络出版日期：２０１３－０７－

１１作者简介：韩顺利（１９８２—）

，男，博士，工程师，主要从事光电测量仪器及红外技术等方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｉｑ

ｄ＠ｅｉ４１．ｃｏｍ１　引 言

数字信号在处理和传输方面有着诸多模拟信号所不具备的优势。高性能模数转换器作为模拟传感器与数字信号处理系统之间的纽带，性能指标要求也越来越高，无论是瞬息变化过程的观测与记录，还是超宽带通信、电子对抗、超宽带雷达接收机、人工智能系统、电子侦察、导航、核武器检测、飞行器身份识别、软件无线

电等应用领域［１－２］，都要求ＧＳ／ｓ量级以上的采样速率，

而且相应的精度要求也越来越高。因此模数转换（ＡＤＣ）

技术的研究越来越成为现代数字信号处理中非常核心的关键技术。由于器件本身的限制，电子ＡＤＣ在采样保持电路弛豫时间、

采样时钟精度等诸多方面存在着无法克服的瓶颈问题，不能满足高速高精度模数转换的需求，限制了电子ＡＤＣ的发展。而利用光子技术实现模数转换在复用、脉冲时间抖动、处理信号带宽、抗干扰、远距离传输等方面表现出显著优势，因此随着锁模激光器、光学器件和全光量化编码方案的不断发展进步，将光子计数引入到对模拟电信号的采样和量化过程中，突破

电子ＡＤＣ的瓶颈，实现高速信号模数转换，逐渐成为全世界的研究热点。国内主要是清华大学、电子科技大学、上海交通大学等科研机构进行了先期研究，并取得了一定的成果。本文对目前主要的全光ＡＤＣ方案研究予以总结，介绍了各方案的基本原理，并分析了它们的特点。

２　基本原理

全光模数转换是利用全光的方法，实现高速光采样并在光域完成量化的过程。利用锁模激光器产生高重复频率的采样光脉冲序列，然后采样光脉冲对待测模拟电信号进行电光采样，利用光子技术对采样后的光脉冲进行全光量化和编码，通过特定的阈值判决电路和软件处理，最终得到与之对应的数字信号。由于采样以及量化编码过程都是通过引入了光子技术的全光量化方案，因此可以从原理上避开电子ＡＤＣ的瓶颈问题。

３　全光模数转换的研究进展

３．１　泰勒全光模数转换方案

全光模数转换中最著名的方案当属Ｔａｙｌｏｒ［３］提出的相位编码光采样的光学ＡＤＣ方案。其基本原理如图１所示，锁模激光器产生稳定的窄采样光脉冲，利用马赫－曾德尔（Ｍ－Ｚ）型电光调制器输出光强随调制器驱动电压变化而周期性变化的特点，通过并行的电光调制器组成光学采样器对光脉冲进行强度调制，实现对模拟电信号的光采样；利用电极长度依次加倍的调制器阵列产生周期倍增的调制特性曲线，对调制器的输出

光强进行阈值判决，如果大于最大输出光强的一半则输出１，反之则输出０，从而实现对０～２　Ｖ

π（Ｖ

π

为半波

电压）电压范围的３ｂｉｔ量化。目前Ｔａｙｌｏｒ方案已经能实现量化精度４ｂｉｔ、采样率１ＧＳ／ｓ和量化精度３ｂｉｔ、采样率１０ＧＳ／ｓ的全光ＡＤＣ。

图１泰勒全光模数转换原理图

Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　Ｔａｙｌｏｒ　ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ＡＤＣ

此方案结构简单，编码效率高；但系统量化精度的提高需要通过成倍增加调制曲线的周期数目，要求多路并行的电光调制器的半波电压之间成倍增的关系，这就要求最高位调制器的半波电压随量化精度的增加而指数上升，设计难度大。

３．２　基于空间光干涉的移相光量化ＡＤＣ

瑞典Ｃｈａｌｍｅｒｓ大学Ｓｔｉｇｗａｌｌ等［４］提出了基于相位调制空间干涉的移相光量化方案。其基本原理是：模拟电信号通过Ｍ－Ｚ调制器（ＭＺＭ）一臂中的相位调制器来调制该路光脉冲的相位，利用空间探测器阵列探测输出光的强度。通过精密调节空间位置，使任意相邻两个探测器由空间位置引起的附加相移的差值为π／Ｎ，从而使得Ｎ个探测器测得的输出光强与相位调制器所加载电压幅度之间的输出特性曲线有π／Ｎ的相移。以４个探测器为例，移相光量化传输特性曲线及编码原理如图２所示。目前该方案已经能实现有效比特位３．６ｂｉｔ，采样率４０ＧＳ／ｓ的量化结果。由于噪声的影响以及量化通道数的限制，输出位数通常小于４ｂｉｔ。

此方案提高量化精度只需要通过精确调整探测器的空间位置减小相邻通道之间的相位差，不需要多个相位调制器实现复杂的倍增多周期调制特性曲线，避免了多个相位调制器之间信号同步和频响一致性的问

题，极大地简化了系统构成；但是ＭＺＭ双臂空间光干涉易受外界各种扰动的影响，量化精度受到空间探测器位置的限制，且编码效率低于周期倍增型泰勒全光量化方案。

图２基于空间光干涉的移相光量化ＡＤＣ原理图

Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ－ｂａｓｅｄ　ＰＳＯＱ　ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ＡＤＣ

３．３　基于偏振干涉的移相光量化ＡＤＣ

清华大学彭越等［５－６］提出一种基于偏振干涉的移相光量化（ＰＳＯＱ）ＡＤＣ方案，如图３所示。其基本原理是：首先利用偏振控制器调节采样光脉冲的偏振态，使其在相位调制器中成４５°入射；其次，待量化的模拟电信号经过驱动放大后通过相位调制器对寻常光（ｏ光）和非常光（ｅ光）进行相位调制，利用耦合器将采样光脉冲均分到Ｎ个信道，通过固定移相模块使每个信道之间引入π／Ｎ的附加相移；最后，采用偏振分束器实现偏振干涉，在平衡接收机中进行自适应阈值判决。目前该方案已实现采样率４０ＧＳ／ｓ、有效比特数３．４ｂｉｔ的实验结果。此方案采用偏振干涉和自适应阈值判决减少了判决误差，增加了接收机灵敏度，改善了系统信噪比。

图３基于偏振干涉的移相光量化ＡＤＣ原理图

Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ－ｂａｓｅｄ　ＰＳＯＱ　ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ＡＤＣ

３．４　基于孤子自频移的全光ＡＤＣ

Ｘｕ等［７］提出了一种基于孤子自频移（ＳＳＦＳ）的光谱编码全光ＡＤＣ方案。其基本原理是：首先，脉冲源发出的超短光脉冲经过Ｍ－Ｚ强度调制器后对模拟信号进行采样，采样后的各点光脉冲强度正比于采样时间点的模拟电压值；之后，采样光脉冲经过掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）放大后输入到一高非线性光纤（ＨＮＬＦ）内，在高非线性光纤输出端由于孤子自频移效应会引起采样光脉冲的光谱偏移，偏移量的大小正比于采样光脉冲的强度，从而实现了光谱的偏移量和待测模拟电信号幅度之间的映射；最后，通过波分复用器和交织滤波器进行光谱量化编码，获得二进制的数字信号输出。图４给出了３ｂｉｔ量化精度的量化编码原理。目前该方案对正弦信号进行测量已获得了４．２７ｂｉｔ的量化精度［８］。

此方案利用周期翻倍多个交织滤波器实现对光谱移动量的量化编码，规避了泰勒方案实现多周期调制曲线的难题；缺点是孤子自频移量比较有限，难以实现较高精度的模数转换。

图４基于孤子自频移的全光ＡＤＣ原理图

Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ＡＤＣ　ｕｓｉｎｇ　ＳＳＦＳ

３．５　基于对称双波导长周期波导光栅和波导阵列光栅的全光ＡＤＣ

电子科技大学的张谦述［９］提出了一种基于对称双波导长周期波导光栅（ＬＰＷＧ）和阵列波导光栅（ＡＷＧ）的全光ＡＤＣ方案，如图５所示。其基本原理是：利用电光效应改变对称双波导ＬＰＷＧ可调谐滤波器的波导折射率来选择滤出对应于不同信号电压的中心波长不同的采样光脉冲；然后利用具有２　Ｎ个输出的ＡＷＧ作为波长量化器，将不同波长的光采样脉冲从不同的输出端口输出，利用光学编码阵列对其进行编码，输出数字信号，完成波长量化过程。该方案理论值有望实现１０ｂｉｔ、１０ＧＳ／ｓ和８ｂｉｔ、４０ＧＳ／ｓ的量化，但ＬＰＷＧ和ＡＷＧ的实用化设计难度很大。

图５基于对称双波导长周期波导光栅和波导阵列光栅的全光ＡＤＣ原理图

Ｆｉｇ．５Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ＡＤＣ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬＰＷＧ　ａｎｄ　ＡＷＧ

此方案波长采样与量化的采样速率取决于光脉冲重复频率，而量化精度仅受到采样光脉冲定时抖动和脉冲宽度的限制，降低了对采样脉冲光源功率及强度噪声的要求。但是对称双波导ＬＰＷＧ可调谐滤波器电极、波导和ＬＰＷＧ光栅的制作、器件的耦合封装、测试等技术还不完善。

４　结束语

全光ＡＤＣ在高速、宽带信号的处理上具有广阔的发展和应用前景，随着光电子技术和集成技术的发展，全光ＡＤＣ的研究会越来越受到关注，因此加强全光ＡＤＣ的研究具有重要的学术价值和现实意义。目前全光ＡＤＣ还处于探索阶段，没有真正成熟，需要进一步研究新型的全光量化和编码技术，更快地推动全光ＡＤＣ的快速发展，更好地适应２１世纪这个信息爆炸的时代。

参考文献

１ＲＨ　Ｗａｌｄｅｎ．Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｊ　Ｓｅｌ　Ａｒｅａ　Ｃｏｍｍｕｎ，１９９９，１７（４）：５３９－５５０．

２Ｄｏｕ　Ｙｕｊｉｅ，Ｚｈａｎｇ　Ｈｏｎｇｍｉｎｇ，Ｆｕ　Ｘｉｎ，ｅｔ　ａｌ．．Ｏｐｔｉｃａｌ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｂｙ　ｔｉｍｅ－ｉｎｔｅｒｗｅａｖｅｄ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎｍｏｄｅ－ｌｏｃｋｅｄ－ｐｕｌｓｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｗｉｔｃｈ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊ　Ｌａｓｅｒｓ，２０１１，３８（１）：０１０５００６．

　窦玉杰，张洪明，傅　鑫，等．基于锁模脉冲源和高速光开关的时分抽样模数转换［Ｊ］．中国激光，２０１１，３８（１）：０１０５００６．３ＨＦ　Ｔａｙｌｏｒ．Ａｎ　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．Ｐｒｏｃ　ＩＥＥＥ，１９７５，６３（１０）：１５２４－１５２５．

４Ｊｏｈａｎ　Ｓｔｉｇｗａｌｌ，Ｓｈｅｉｌａ　Ｇａｌｔ．Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｐｈｏｔｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌ　Ｌｅｔｔ，２００５，１７（２）：４６８－４７０．

５Ｐｅｎｇ　Ｙｕｅ，Ｚｈａｎｇ　Ｈｏｎｇｍｉｎｇ，Ｗｕ　Ｑｉｎｇｗｅｉ，ｅｔ　ａｌ．．Ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄ　ｐｈｏｔｏｎｉｃ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｆｉｂｅｒ　ｓｑｕｅｅｚｅｒ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊ　Ｌａｓｅｒｓ，２０１０，３７（３）：７４８－７５１．

　彭　越，张洪明，吴庆伟，等．利用光纤挤压器实现的移相光模数转换器［Ｊ］．中国激光，２０１０，３７（３）：７４８－７５１．

６Ｐｅｎｇ　Ｙｕｅ．Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔｅｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｌｌ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ－ｔｏ－Ａｎａｌｏｇ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１０．１１－１２，６３－６４．

　彭　越．移相光量化与全光数模转换［Ｄ］．北京：清华大学，２０１０．１１－１２，６３－６４．

７Ｃｈｒｉｓ　Ｘｕ，Ｘｉａｎｇ　Ｌｉｕ．Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ｓｏｌｉｔｏｎ　ｓｅｌｆ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｈｉｆｔ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｆｉｌｔｅｒｓ［Ｊ］．Ｏｐｔ　Ｌｅｔｔ，２００３，２８（１２）：９８６－９８８．

８Ｗａｎｇ　Ｙａｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｈｏｎｇｍｉｎｇ，Ｍａ　Ｃｈａｏ，ｅｔ　ａｌ．．Ａｒｂｉｔｒａｒｙ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊ　Ｌａｓｅｒｓ，２０１２，３９（９）：０９０９００２．

　王　杨，张洪明，马　超等．基于移相光量化的任意波形全光模数转换［Ｊ］．中国激光，２０１２，３９（９）：０９０９００２．

９Ｚｈａｎｇ　Ｑｉａｎｓｈｕ．Ｔｈｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｏｒ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ［Ｄ］．Ｃｈｅｎｇｄｕ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，２００５．６３－６８．

　张谦述．微波信号光学模数转换方法的研究［Ｄ］．成都：电子科技大学，２００５．６３－６８．

基于单片机的数模转换设计

目录 1、系统方案.......................................... - 3 - 1.1、方案比较与选择............................... - 3 - 1.1.1、单片机选择与论证........................ - 3 - 1.1.2、显示器件选择与论证...................... - 3 - 1.1.3、键盘形式选择与论证...................... - 4 - 1.1.4排阻形式选择与论证........................ - 4 - 2理论分析与计算 ..................................... - 8 - 2.1、D/A转换器的主要技术指标......................... - 8 - 1．分辨率......................................... - 8 - 2．转换精度....................................... - 8 - 3．输出电压（或电流）的建立时间（转换速度） ...... - 8 - 4. 温度系数 2.2 数模转换器 2.2.1权电阻网络DAC的原理分析..................... - 9 - 3、电路与程序设计.................................. - 11 - 3.1.1、总体框图设计........................... - 11 - 3.1.2、显示电路............................... - 11 - 3.1.3、权电路................................. - 12 - 3.1.4、按键电路............................... - 13 - 3.1.5、驱动电路............................... - 14 -

电液转换器原理与调试

1 电液转换器原理与调试 电液转换器工作原理：（见图） 当信号电流I 为零时, 芯棒M 与滑阀O 处于左端极限位置, 压力油腔P 与控制油压A 之间节流口关闭。A 腔经阀芯中的内孔与回油腔相通,所以A 腔处于卸压状态。 当信号电流（I=4~20mA ）增加时，芯棒M 在磁场作用力下，或比例地产生一个向右作用力F ，推动滑阀O 向右移动，使控制油腔A 与回油腔T 的流通面积减小，与压力油腔P 的流通面积增大，根据流量平衡原理，控制油压A 升高，随着油压A 的升高，与A 油腔相通的N 腔压力也升高。当产生的油压力f 与F 相抵消时，滑阀O 达到平衡，控制油压A 稳定。A 腔油压值即是成比例地对应输入信号的相应值。 当信号电流减小时，芯棒M 在磁场作用力下，产生一个向左作用力F 。这时，由于与A 油腔相通的N 腔油压力大于芯棒作用力，滑阀O 向左移动，使得控制油腔A 与回油腔T 的流通面积增大，与压力油腔P 的流通面积减小，控制油压A 降低。同时，N 腔油压亦降低，芯棒上的磁场力与油压力相等，滑阀达到平衡，控制油压A 稳定。 在手动工作状态，旋动手轮，经传动杆K 推动芯棒M 移动，即能调到所要求的控制油压A 。 一般对应4－20MA 控制电流输出的二次脉冲油压A 为0.15-0.45Mpa ,在这一段范围内控制特性的线形度较高。 电液转换器调试过程： 开 始 期 (允许范围20~30VDC) 电液转换器油温 和油压达到要求 带手轮形式的,将手轮转到最左面 根据设计检查电 和油压的连接 将空气从电磁阀 和液压件中排出 提供和测量进油压力(最大40bar) 供 电 源

2 否在最小和最大信号变化 时,输出电压是否改变 增加信号输出压力是否增加 是 否 是 提供系统最低的 模拟信号 测量输出压力 提 供 电 源 提供系统最高的模拟信号 利用电液转换器上电位器X1调整所需要的最高压力 提供系统最低 的模拟信号 利用电液转换器上电位器 X0调整所需要的最低压力 结 束

数模与模数转换器 习题与参考答案

第11章 数模与模数转换器 习题与参考答案 【题11-1】 反相运算放大器如图题11-1所示，其输入电压为10mV ，试计算其输出电压V O 。 图题11-1 解：输出电压为： mV mV V R R V IN F O 10010101 =?=-= 【题11-2】 同相运算放大器如图题11-2所示，其输入电压为10 mV ，试计算其输出电压V O 。 图题11-2 解：mV mV V R R V IN F O 110101111 =?=+=）（ 【题11-3】 图题11-3所示的是权电阻D/A 转换器与其输入数字信号列表，若数字1代表5V ，数字0代表0V ，试计算D/A 转换器输出电压V O 。 11-3 【题11-4】 试计算图题11-4所示电路的输出电压V O 。 图题11-4 解：由图可知，D 3~D 0=0101 因此输出电压为：V V V V O 5625.151650101254 === ）（ 【题11-5】 8位输出电压型R/2R 电阻网络D/A 转换器的参考电压为5V ，若数字输入为，该转换器输出电压V O 是多少？

解：V V V V O 988.21532565100110012 58≈== ）（ 【题11-6】 试计算图题11-6所示电路的输出电压V O 。 图题11-6 解：V V V D D V V n n REF O 5625.1516501012 5~240==-=-=）（）（ 【题11-7】 试分析图题11-7所示电路的工作原理。若是输入电压V IN =，D 3～D 0是多少？ 图题11-7 解：D3=1时，V V V O 6221234== ，D3=0时，V O =0。 D2=1时，V V V O 3221224== ，D2=0时，V O =0。 D1=1时，V V V O 5.1221214== ，D1=0时，V O =0。 D0=1时，V V V O 75.0221204 ==，D0=0时，V O =0 由此可知：输入电压为，D3~D0=1101，这时V O =6V++=，大于输入电压V IN =，比较器输出低电平，使与非门74LS00封锁时钟脉冲CLK ，74LS293停止计数。 【题11-8】 满度电压为5V 的8位D/A 转换器，其台阶电压是多少？分辨率是多少？ 解：台阶电压为mV mV V STEP 5.192/50008== 分辨率为：%39.00039.05000/5.195000/===mV V STEP

∑-△模数转换器的原理及应用

∑-△模数转换器的原理及应用 张中平 （东南大学微电子机械系统教育部重点实验室，南京210096） 摘要：∑-△模数转换器由于造价低、精度高、性能稳定及使用方便等特点，越来越广泛地使用在一些高精度仪器仪表和测量设备中，介绍该转换器的基本原理，并重点举例介绍AD7708芯片的应用，该芯片是16 bit模数转换器，与24 bit AD7718引脚相同，可直接升级。 关键词：模数转换器；寄存器；串行口 我们通常使用的模数转换器（ADC）大多为积分型和逐次逼近型，积分型转换效果不够好，转换过程中带来的误差比较大；逐次逼近型转换效果较好但制作成本较高，尤其是高位数转换，转换位数越多，精度越高，制作成本就越高。而∑-△ADC可以以相对逐次逼近型简单的电路结构，而得到低成本，高位数及高精度的转换效果∑-△ADC大多设计为16或24 bit转换精度。近几年来，在相关的高精度仪器制作领域该转换器得到了越来越广泛的应用［1］。 1 ∑-△ADC的基本工作原理简介 ∑-△模数转换器的工作原理简单的讲，就是将模数转换过后的数字量再做一次窄带低通滤波处理。当模拟量进入转换器后，先在调制器中做求积处理，并将模拟量转为数字量，在这个过程中会产生一定的量化噪声，这种噪声将影响到输出结果，因此，采用将转换过的数字量以较低的频率一位一位地传送到输出端，同时在这之间加一级低通滤波器的方法，就可将量化噪声过滤掉，从而得到一组精确的数字量［1，2］。 2 AD7708/AD7718，∑-△ADC的应用 AD7708/AD7718是美国ADI公司若干种∑ΔADC中的一种。其中AD7708为16 bit转换精度，AD7718为24 bit转换精度，同为28条引脚，而且相同引脚功能相同，可以互换。为方便起见，下面只介绍其中一种，也是我们工作中用过的AD7708。 2．1AD7708的工作原理 同其它智能化器件一样，AD7708也可以用软件来调节其所具有的功能，即通过微控制器MCU编程向AD7708的相应寄存器填写适当的参数。AD7708芯片中共有11个寄存器， 当模式寄存器（Mode Regis－ter）的最高位后，其工作方框图［2］如图1所示。

基本模数转换器(ADC)的设计

《数字逻辑电路分析与设计》课程 项目 实施报告 题目(A)：基本模数转换器（ADC）的设计 组号： 8 任课教师：。。。 组长：。。。。 成员：。。。。 成员：。。。 成员：。。。 成员：。。。 联系方式：。。。 二零一四年十月二十五日

基本模数转换器（ADC ）的设计 一．设计要求 （1） 设计一个每单次按下按钮，就能够实现数模转换的电路，并用LED 显示对应输入模拟电压（0—3V ）的等级，当输入电压>3V 后，有“溢出”显示。 （2） 功能模块如图： （3） 图中的“模数转换”为本教材第六章的并行ADC 转换电路。在此基础上自行设计按键、LED 显示、模拟电压调节等模块，实现单次模数转换的功能。 模拟电压 调节模数转换LED 显示 按键 5V 电源

自行设计溢出标记的显示。 （4） 本电路的测试方法是，通过一个电位器对电源电压连续分压，作为ADC 的输入电压，每按下一次按键时，ADC 电路进行一次ADC 转换，并将转换的结果用数码管显示出来。注意不要求显示实际的电压值，仅显示模拟电压的量化等级。 二．电路原理图 LED 显示

三．设计思路 根据题目要求，我们的电路本应分五个个模块，但实验室缺少8-3编码器不能实现转化，所以只能有四个一下模块：模拟电压调节；比较电路；记忆模块；LED显示。模拟电压的调节可以用划变电阻来调节电压，理想中数模转化模块应由比较器，D触发器和编码器来实现，在我们的实际电路中我们只用了前两者。最终我们用LED的亮灭来显示结果。 具体原理叙述如下： 在比较电压时，将参考电压V ref经电阻分压器产生一组不同的量化电平V i：v1=1/16V ref，v2=3/16V ref，v3=5/16V ref ，v4=7/16V ref ，v5=9/16V ref ，v6=11/16V ref ，v7=13/16V ref ，v8=15/16V ref ，这些量化电平分别送到相应lm339比较器的反相输入端，而输入电压V同时作用于lm339比较器的同相输入端。 当V大于V i时，第i个比较器输出状态1，即高电平；反之，比较器输出状态0，即低电平。比较器的输出加到D触发器的输入端，在时钟脉冲CP的作用下，把比较器的输出存入触发器，得到稳定的状态输出Q，再由LED的亮暗状态显示，高电平则亮，低电平就暗。 当V≥15/16 V ref的时候，即Ｖ超过该转换器的最大允许的输入电压的时候产生“溢出”，我们使用了一个红色的报警LED亮作为显示。 此外，鉴于会因为按键时间的长短不一而造成的脉冲不整齐的问题，需要

全光模数转换的原理及进展_韩顺利

全光模数转换的原理及进展 韩顺利　胡为良　张　鹏 （中国电子科技集团公司第四十一研究所电子测试技术重点实验室，山东青岛２６６５５５ ）摘要　由于电路时钟抖动和比较器弛豫等内禀属性的影响，传统的电子模数转换器已经不能满足高带宽数字信号处 理的发展。模数转换主要包括采样、量化和编码。全光模数转换引入光子技术来对模拟电信号采样和量化，可以提 高数字信号处理系统的性能，满足高速和高分辨率的需求，从而解决电子模数转换器的技术瓶颈问题。针对目前主要研究的全光模数方案，如泰勒方案、空间光干涉和偏振干涉的移相光量化方案、孤子自频移的方案、对称双波导长 周期波导光栅和波导阵列光栅的方案等， 介绍了其基本原理及实验方案，并对各种方案的特点进行了分析。关键词　信号处理；全光模数转换；光采样；光量化；电光调制器 中图分类号　ＴＮ９１１ 文献标识码　Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＬＯＰ５０．０８００２５ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ａｌｌ－Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇ ｉｔａｌ　ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＨａｎ　Ｓｈｕｎｌｉ　Ｈｕ　Ｗｅｉｌｉａｎｇ　Ｚｈａｎｇ　 Ｐｅｎｇ（Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　 ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｔｈｅ　４１ｓｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＣｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２ ６６５５５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｈｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｉｎｇ　ｊｉｔｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｌｏｃｋｉｎｇ　 ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ　ａｍｂｉｇｕｉｔｙ，ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ（ＡＤＣ）ｃａｎｎｏｔ　ｆｕｌｆｉｌｌ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｄｉｇ ｉｔａｌｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｓａｍｐｌｉｎｇ，ｑｕａｎｔｉｚｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｄｉｎｇ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　 ｐｈｏｔｏｎｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｆｏｒ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎａｌｏｇ　 ｓｉｇｎａｌ，ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ＡＤＣ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｈｉｇｈ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　 ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｈｅｎｃｅ，ｉｔｓｏｌｖｅｓ　ｔｈｅ　ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ＡＤＣ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅｃｅｎｔｌｙ　 ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｏｓｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｔａｙｌｏｒ　ｓｃｈｅｍｅ，ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　ａｎｄ　ｐ ｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄｏｐｔｉｃａｌ　ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ（ＰＳＯＱ），ｓｏｌｉｔｏｎ　ｓｅｌｆ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　 ｓｈｉｆｔ，ｌｏｎｇ－ｐｅｒｉｏｄ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｇｒａｔｉｎｇ（ＬＰＷＧ）ａｎｄ　ａｒｒａｙｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｇｒａｔｉｎｇ（ ＡＷＧ），ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙ　 ｗｏｒｄｓ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ　ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｏｐｔｉｃａｌ　ｓａｍｐｌｉｎｇ；ｏｐｔｉｃａｌ　ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐ ｔｉｃａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒＯＣＩＳ　ｃｏｄｅｓ　０ ７０．４５６０；０６０．４５１０；０７０．１１７０ 收稿日期：２０１３－０３－０８；收到修改稿日期：２０１３－０４－２８；网络出版日期：２０１３－０７－ １１作者简介：韩顺利（１９８２—） ，男，博士，工程师，主要从事光电测量仪器及红外技术等方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｉｑ ｄ＠ｅｉ４１．ｃｏｍ１　引 言 数字信号在处理和传输方面有着诸多模拟信号所不具备的优势。高性能模数转换器作为模拟传感器与数字信号处理系统之间的纽带，性能指标要求也越来越高，无论是瞬息变化过程的观测与记录，还是超宽带通信、电子对抗、超宽带雷达接收机、人工智能系统、电子侦察、导航、核武器检测、飞行器身份识别、软件无线 电等应用领域［１－２］，都要求ＧＳ／ｓ量级以上的采样速率， 而且相应的精度要求也越来越高。因此模数转换（ＡＤＣ） 技术的研究越来越成为现代数字信号处理中非常核心的关键技术。由于器件本身的限制，电子ＡＤＣ在采样保持电路弛豫时间、 采样时钟精度等诸多方面存在着无法克服的瓶颈问题，不能满足高速高精度模数转换的需求，限制了电子ＡＤＣ的发展。而利用光子技术实现模数转换在复用、脉冲时间抖动、处理信号带宽、抗干扰、远距离传输等方面表现出显著优势，因此随着锁模激光器、光学器件和全光量化编码方案的不断发展进步，将光子计数引入到对模拟电信号的采样和量化过程中，突破

voith电液转换器使用说明书

VOITH 电液转换器使用说明书型号：DSG-BXX113 翻译：研发中心孙云超

目录 1.技术数据 (1) 2.安全指示 (3) 2.1 提示和标志的定义 2.2 正确使用 2.3 重要提示 2.4 担保 3.功能描述 (6) 3.1 设计 3.2 操作特点 4.包装、储存、运输 (7) 5.安装 (8) 5.1 组装 5.2 液压连接 5.3 电器连接 6. 试运行 (10) 6.1 运行检测 6.2 参数设定 7.操作 (11) 7.1 用手动旋钮操作 7.2 用设定信号操作 7.3 故障检修和排除 8. 维护和检修 (13) 9. 停机 (13) 10. 具有接线图的外部管线图 (14) 11. 附件 (15)

1.技术数据： 周围环境： 储存温度－40 (90) 工作环境温度－20 (85) 保护IP65 to EN 60529 适合于在工业空间内部安装 电气数据： 电压：24 VCD ±15% 电流：大约0.7A（对DSG-B05…DSG-B10型） 大约1A（对DSG-B30型） 最大3A 时间t ? 1 Sec 输入设置：0/4…20mA 输入阻抗大约25欧姆，具有抑制电路。 液压参数： 最小进口油压P in min： 1.5bar＋最大输出P A max (对B05…B10型) 5bar＋最大输出油压P A max (对B30型) 最大进口油压P in max ：见表 压力流体：不易燃烧的原油或压力油油粘度：根据DIN51519，ISO VG32…ISO VG48 油温：＋10℃ (70) 油纯度：根据NAS1638为7级 根据ISO4406为-/16/13级 泄漏量：当进口油压P in=10bar 时≤3 l/min (对DSG-B05… DSG-B10 ) 当进口油压P in=40bar 时≤5 l/min（对DSG-B30）

模数转换器原理

模数(A/D)转换器工作原理A/D转换器(Analog-to-Digital Converter)又叫模/数转换器,即是将模拟信号(电压或是电流的形式)转换成数字信号。这种数字信号可让仪表,计算机外设接口或是微处理机来加以操作或胜作使用。 A/D 转换器 (ADC)的型式有很多种，方式的不同会影响测量后的精准度。 A/D 转换器的功能是把模拟量变换成数字量。由于实现这种转换的工作原理和采用工艺技术不同，因此生产出种类繁多的A/D 转换芯片。 A/D 转换器按分辨率分为4 位、6 位、8 位、10 位、14 位、16 位和BCD码的31/2 位、51/2 位等。按照转换速度可分为超高速（转换时间=330ns），次超高速（330~3.3μS），高速（转换时间3.3~333μS），低速（转换时间＞330μS）等。 A/D 转换器按照转换原理可分为直接A/D 转换器和间接A/D 转换器。所谓直接A/D 转换器，是把模拟信号直接转换成数字信号，如逐次逼近型，并联比较型等。其中逐次逼近型A/D 转换器，易于用集成工艺实现，且能达到较高的分辨率和速度，故目前集成化A/D 芯片采用逐次逼近型者多；间接A/D 转换器是先把模拟量转换成中间量，然后再转换成数字量，如电压/时间转换型（积分型），电压/频率转换型，电压/脉宽转换型等。其中积分型A/D 转换器电路简单，抗干扰能力强，切能作到高分辨率，但转换速度较慢。有些转换器还将多路开关、基准电压源、时钟电路、译码器和转换电路集成在一个芯片内，已超出了单纯A/D 转换功能，使用十分方便。 ADC 经常用于通讯、数字相机、仪器和测量以及计算机系统中，可方便数字讯号处理和信息的储存。大多数情况下，ADC 的功能会与数字电路整合在同一芯片上，但部份设备仍需使用独立的ADC。行动电话是数字芯片中整合ADC 功能的例子，而具有更高要求的蜂巢式基地台则需依赖独立的ADC 以提供最佳性能。 ADC 具备一些特性，包括： 1. 模拟输入，可以是单信道或多信道模拟输入； 2. 参考输入电压，该电压可由外部提供，也可以在ADC 内部产生； 3. 频率输入，通常由外部提供，用于确定ADC 的转换速率； 4. 电源输入，通常有模拟和数字电源接脚； 5. 数字输出，ADC 可以提供平行或串行的数字输出。在输出位数越多(分辨率越好)以及转换时间越快的要求下，其制造成本与单价就越贵。 一个完整的A/D转换过程中，必须包括取样、保持、量化与编码等几部分电路。 AD转换器需注意的项目： 取样与保持 量化与编码

∑-△模数转换器工作原理

∑-△ADC工作原理 越来越多的应用，例如过程控制、称重等，都需要高分辨率、高集成度和低价格的ADC、新型∑-△转换技术恰好可以满足这些要求。然而，很多设计者对于这种转换技术并不十分了解，因而更愿意选用传统的逐次比较ADC。∑-△转换器中的模拟部分非常简单(类似于一个1bit ADC)，而数字部分要复杂得多，按照功能可划分为数字滤波和抽取单元。由于更接近于一个数字器件，∑-△ADC的制造成本非常低廉。 一、∑-△ADC工作原理 要理解∑-△ADC的工作原理，首先应对以下概念有所了解：过采样、噪声成形、数字滤波和抽取。 1．过采样 首先，考虑一个传统ADC的频域传输特性。输入一个正弦信号，然后以频率fs采样－按照Nyquist 定理，采样频率至少两倍于输入信号。从FFT分析结果可以看到，一个单音和一系列频率分布于DC到fs ／2间的随机噪声。这就是所谓的量化噪声，主要是由于有限的ADC分辨率而造成的。单音信号的幅度和所有频率噪声的RMS幅度之和的比值就是信号噪声比(SNR)。对于一个Nbit ADC，SNR可由公式：SNR=6.02N+1.76dB得到。为了改善SNR和更为精确地再现输入信号，对于传统ADC来讲，必须增加位数。 如果将采样频率提高一个过采样系数k，即采样频率为Kfs，再来讨论同样的问题。FFT分析显示噪声基线降低了，SNR值未变，但噪声能量分散到一个更宽的频率范围。∑-△转换器正是利用了这一原理，具体方法是紧接着1bit ADC之后进行数字滤波。大部分噪声被数字滤波器滤掉，这样，RMS噪声就降低了，从而一个低分辨率ADC, ∑-△转换器也可获得宽动态范围。 那么，简单的过采样和滤波是如何改善SNR的呢?一个1bit ADC的SNR为7.78dB(6.02+1.76)，每4倍过采样将使SNR增加6dB，SNR每增加6dB等效于分辨率增加1bit。这样，采用1bit ADC进行64倍过采样就能获得4bit分辨率；而要获得16bit分辨率就必须进行415倍过采样，这是不切实际的。∑-△转换器采用噪声成形技术消除了这种局限，每4倍过采样系数可增加高于6dB的信噪比。 2．噪声成形 通过图1所示的一阶∑-△调制器的工作原理，可以理解噪声成形的工作机制。 图1 ∑-△调制器 ∑-△调制器包含1个差分放大器、1个积分器、1个比较器以及1个由1bit DAC(1个简单的开关，可以将差分放人器的反相输入接到正或负参考电压)构成的反馈环。反馈DAC的作用是使积分器的平均输出电压接近于比较器的参考电平。调制器输出中“1”的密度将正比于输入信号，如果输入电压上升，比较器必须产生更多数量的“1”，反之亦然。积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤波器，而对于量化噪声则表现为高通滤波。这样，大部分量化噪声就被推向更高的频段。和前面的简单过采样相比，总的噪声功率没有改变，但噪声的分布发生了变化． 现在，如果对噪声成型后的∑-△调制器输出进行数字滤波，将有可能移走比简单过采样中更多的噪声。这种调制器(一阶)在每两倍的过采样率下可提供9dB的SNR改善。

模数转换器ADC应用原理

AD0809应用原理－－很全面的资料 1. 0809的芯片说明： ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的C MOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 （1）ADC0809的内部逻辑结构 由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 （2）．引脚结构 IN0－IN7：8条模拟量输入通道

ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。 C B A 选择的通道 000IN0 001IN1 010IN2 011IN3 100IN4 101IN5 110IN6 111IN7 数字量输出及控制线：11条 ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A /D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE ＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ， VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。 2．ADC0809应用说明 （1）．ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。（2）．初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 （3）．送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4）．在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 （5）．是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。 （6）．当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 3．实验任务

基于ARM的模数转换器的毕业设计

学生毕业论文（设计）题目基于ARM的模数转换器的设计 姓名 XX 学号 XX 系部 XXXX系 专业 XXXXXXX技术 指导教师 XXXX 职称 XXXX（XXXX） XXXX年 1 月 XX 日 XXXXXXXXXXX教务处制

目录 摘要 (3) 关键词 (3) Abstract (3) Keywords (3) 1 绪论 (4) 1.1 技术背景 (4) 1.2 选题意义 (4) 2 A/D转换器基本原理 (4) 2.1 A/D转换器的基本原理 (4) 2.2 A/D转换器的基本功能 (5) 2.3 A/D转换模块 (5) 2.3.1 A/D转换模块概述 (5) 2.3.2 A/D转换的技术特性 (5) 2.3.3 A/D转换的功能寄存器框图 (5) 2.3.4 A/D转换初始化 (6) 2.3.5 A/D转换的操作 (6) 3 A/D转换器的设计 (7) 3.1 A/D转换器的工作原理 (7) 3.2 A/D转换电路 (8) 3.3 A/D转换器的原理图 (8) 4 A/D转换仿真结果 (9) 4.1 仿真设备 (9) 4.2 仿真设备简介 (9) 4.2.1 ADS1.2仿真软件 (9) 4.2.2 MagicARM2200 实验箱 (9) 4.3 仿真步骤 (12) 4.4 ADS1.2软件仿真 (12) 4.4.1 仿真软件 (12) 4.4.2 仿真硬件 (14) 4.5 仿真结果 (15) 结束语 (16) 致谢 (16) 参考文献 (16) 附录参考源程序 (16)

基于ARM的模数转换器的设计 XXXXXXX技术专业学生 XX 指导老师 XXXX 摘要：随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展及普及，在现代控制通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别，处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析，处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能执行机构所接受。这样就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路——模数转换器。A/D转换器已成为信息系统中不可缺少的接口电路。为确保系统处理结果的精度，A/D转换器必须具有足够的转换精度，如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D的重要指标。随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片和混合集成型的A/D转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。本文主要介绍了在ARM系统下，通过对A/D转换模块的设计。学习A/D接口原理及硬件电路，了解ARM的A/D 相关寄存器，利用外部模拟信号编程，实现ARM系统的A/D功能，掌握带有A/D的ARM编程实现A/D 功能的主要方法。 关键词：模数转换器；ADC模块；系统设计；仿真 ARM-based analog-to-digital converter design Student majoring in Computer-controlled technology professional XXX Ting Tutor XXX Abstract:The advent of digital technology, especially the rapid development of the information technology and the popularity of the field of modern control communication and detection, in order to improve system performance, signal processing widespread adoption of digital computer technology. Since the actual object of the system are often some analog quantity (such as temperature, pressure, displacement, image, etc.), make the computer or digital instrument can recognize, process these signals, you must first convert these analog signals into digital signals; while via computer analysis, the digital output after the processing is also often need to be converted to the corresponding analog signals in order to perform bodies accepted. Need a between the analog and digital signals from the bridge circuit - ADC .A / D converter the interface circuit has become indispensable in the information system. To ensure the accuracy of the system processing the results of the A / D converter must have a sufficient accuracy of the conversion, A / D converter is also required to have a higher conversion speed; if you want to achieve the real-time control and detection of rapidly changing signal. Conversion accuracy and conversion speed is an important indicator to measure the A / D. With the development of integration technology, has been developed and produced many monolithic and hybrid integration of A / D converter, they have more and more state-of-the-art technical indicators. This paper describes the ARM system, through the design of the A / D converter module. Learning A / D interface principle and the hardware circuit, ARM's A / D register, the use of external analog signals programmed to achieve a the ARM system of A / D function, master ARM programming with an A / D A / D function method. Keywords: analog-to-digital converter; ADC module; system design;simulation

模数转换器工作原理、类型及主要技术指标

模数转换器工作原理、类型及主要技术指标 模数转换器（Analog to Digital Converter，简称A/D转换器，或ADC），通常是将模拟信号转变为数字信号。作为模拟电路中重要的元器件，本文将会介绍模数转换器的原理、分类及技术指标等基础知识。 ADC的发展随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测和自动控制系统中的广泛应用，利用数字系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。数字电子计算机所处理和传送的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换成电信号的模拟量后，需经模/数转换变成数字信号才可输入到数字系统中进行处理和控制，因而作为把模拟电量转换成数字量输出的接口电路-A/D转换器是现实世界中模拟信号向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶所在。 自电子管A/D转换器面世以来，经历了分立半导体、集成电路数据转换器的发展历程。在集成技术中，又发展了模块、混合和单片机集成数据转换器技术。在这一历程中，工艺制作技术都得到了很大改进。单片集成电路的工艺技术主要有双极工艺、CMOS工艺以及双极和CMOS相结合的BiCMOS工艺。模块、混合和单片集成转换器齐头发展，互相发挥优势，互相弥补不足，开发了适用不同应用要求的A/D和D/A转换器。近年来转换器产品已达数千种。 ADC原理D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量，以电压或电流的形式输出。 模数转换一般要经过采样、保持和量化、编码这几个步骤。 ADC的主要类型目前有多种类型的ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC，也有近年来新发展起来的-型和流水线型ADC，多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。低功耗、高速、高分辨率是新型的ADC的发展方向，同时ADC的这一发展方向将适应现代数字电子技术的发展。 并行比较ADC 并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器，采样速率在1GSPS以上，通常称为闪烁

模数转换器综述_ADC

模数转换器ADC_综述 随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展普及，在现代控制、通讯及检测领域中，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际处理对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别和处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号。这样，就需要一种能将模拟信号转换为数字信号的电路，即模数转换电路(Analog to Digital Converter, ADC)。 模数转换过程 模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。采样就是将一个连续变化的信号x(t)转换成时间上离散的采样信号x(n)。根据Nyquist-Shannon theorem采样定理，采样频率至少要大于或等于模拟信号最高频率的两倍，才可以无失真地重建恢复原始信号x(t)。通常采样脉冲的宽度是很短的，故采样输出是截断的窄脉冲。要将一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。图1即为采样过程。 图1采样过程 量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，数字信号最低有效位中的1表示的数量大小，就等于量化单位Q，如图2所示。把量化的数值用二进制代码表示，称为编码，见图3。这个二进制代码就是ADC转换的输出信号。 量化的主要问题就是量化误差。既然模拟电压是连续的，那么它就不一定能被Q整除，因而不可避免的会引入误差，我们把这种误差称为量化误差。在把模拟信号划分为不同的量化等级时，用不同的划分方法可以得到不同的量化误差。 图2采样过程

图3编码过程 要提高ADC的精度，可以通过提高采样间隔Ts和分辨率Q来实现。实际中，输入模拟信号的频率由于存在无限次谐波，因此要在采样前加入抗混叠滤波器，该滤波器与采样频率的关系一般为：f s≈ (3…5)*f filter。图4描述了这一过程。 图4加入抗混叠滤波器 模数转换技术是现实各种模拟信号通向数字世界的桥梁，作为将模拟信号转换成数字信号的模数转换技术主要有以下几种。 分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。逐次逼近型、积分型、压频变换型等，主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。∑-Δ型ADC主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。此外，采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC，可应用于广播卫星中的基带解调等方面。下面对各种类型的ADC作简要介绍。 并行比较型 并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash型。由于转换速率极高，转换需要很多个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。其原理如图5所示。

模数转换原理概述

模数转换原理概述 随着数字电子技术的迅速发展，各种数字设备，特别是数字电子计算机的应用日益广泛，几乎渗透到国民经济的所有领域之中。数字计算机只能够对数字信号进行处理，处理的结果还是数字量，它在用于生产过程自动控制的时候，所要处理的变量往往是连续变化的物理量，如温度、压力、速度等都是模拟量，这些非电子信号的模拟量先要经过传感器变成电压或者电流信号，然后再转换成数字量，才能够送往计算机进行处理。 模拟量转换成数字量的过程被称为模数转换，简称A/D(Analog to Digital)转换；完成模数转换的电路被称为A/D转换器，简称ADC(Analog to Digital Converter)。数字量转换成模拟量的过程称为数模转换，简称D/A(Digital to Analog)转换；完成数模转换的电路称为D/A转换器，简称DAC(Digital to Converter)。带有模数和数模转换电路的测控系统大致可用图1.1所示的框图表示。 图1.1 一般测控系统框图 图中模拟信号由传感器转换为电信号，经放大送入AD转换器转换为数字量，由数字电路进行处理，再由DA转换器还原为模拟量，去驱动执行部件。为了保证数据处理结果的准确性，AD转换器和DA转换器必须有足够的转换精度。同时，为了适应快速过程的控制和检测的需要，AD转换器和DA转换器还必须有足够快的转换速度。因此，转换精度和转换速度乃是衡量AD转换器和DA转换器性能优劣的主要标志。 本课程设计主要讲解万用表的原理与制作，仅涉及到A/D的相关知识。因此，在本章节中仅介绍ADC的相关知识，对DAC感兴趣的同学可以查阅“数字电路”的相关知识。 A/D转换的基本概念 AD转换器的功能是将输入的模拟电压转换为输出的数字信号，即将模拟量

逐次逼近型模数转换器基本原理

逐次逼近型模数转换器基本原理 逐次逼近型模数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成，其原理框图如图11-3所示。 图11-3 逐次逼近型模数转换器的原理框图 转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电 压，送到比较器中与进行比较。若＞，说明数字过大了，故将最高位的 1清除；若＜，说明数字还不够大，应将最高位的1保留。然后，再按同 样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。 可见逐次逼近转换过程与用天平称量一个未知质量的物体时的操作过程一样，只不过使用的砝码质量一个比一个小一半。 能实现图11-3所示方案的电路很多。图11-4所示电路是其中的一种，这是 一个四位逐次逼近型模数转换器。图中四个JK触发器～组成四位逐次逼 近寄存器；5个D触发器～接成环形移位寄存器(又称为顺序脉冲发生器)， 它们和门～一起构成控制逻辑电路。 图11-4 四位逐次逼近型模数转换器

现分析电路的转换过程。为了分析方便，设D/A转换器的参考电压为=+8 V，输入的模拟电压为=4.52 V。 转换开始前，先将逐次逼近寄存器的四个触发器～清零，并把环形计数器的状态置为00001。 第1个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器右移一位，其状态变为10000。 由于，均为0，于是触发器被置1，和被置0。 所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为1000，D/A转换器的输出电压为 和在比较器中比较，由于＜，所以比较器的输出电压为。 第2个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为 01000。这时由于，，均为0，于是触发器的1保留。 与此同时，的高电平将触发器置1。所以，这时加到D/A转换器输入端的 代码为1100，D/A转换器的输出电压为 和在比较器中比较，由于＞，所以比较器的输出电压为。 第3个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为 00100。这时由于，，均为0，于是触发器的1保留， 而被置0。与此同时，的高电平将置1。所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为1010，D/A转换器的输出电压为 和在比较器中比较，由于＞，所以比较器的输出电压为。 第4个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为00010。 这时由于，，均为0，于是触发器、的状态保持不变， 而触发器被置0。与此同时，的高电平将触发器置1。所以，这时加到