活學活用A/D轉換器 （日）河閤 一,彭剛 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[日] 河閤 一，彭剛 著

圖書標籤:

• A/D轉換器
• 模數轉換
• 嵌入式係統
• 電子工程
• 信號處理
• 數據采集
• 河閤一
• 彭剛
• 硬件設計
• 電路分析

店鋪： 北京群洲文化專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030442543

商品編碼：29331437859

包裝：平裝

齣版時間：2015-06-01

基本信息

書名：活學活用A/D轉換器

定價：38.0元

作者：（日）河閤 一,彭剛

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2015-06-01

ISBN：9787030442543

字數：199000

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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　　河閤一編著的《活學活用AD轉換器》以淺顯易懂的方式對模擬信號如何正確地轉換為數字信號進行解說。主要內容包括模擬信號處理電路的設計實例、 A／D轉換器IC的基礎知識、A／D轉換器的轉換方式、 A／D轉換器周邊電路設計基礎、數據明細錶和技術資料的用法、實用A／D轉換電路集、A／D轉換電路的測定和故障處理方法等。
　　本書可供高等院校計算機、通信、電子信息、自動化等專業師生閱讀，也可作為相關技術人員的參考書。

 

 

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《現代通信係統中的數據采集：深度解析A/D轉換器技術》 引言 在當今高度互聯和數字化驅動的世界中，通信係統扮演著至關重要的角色。從我們手中的智能手機到支撐全球經濟的龐大數據中心，高效、精確的數據采集是這一切的基石。而數據采集的核心環節，正是模數轉換（Analog-to-Digital Conversion，簡稱A/D轉換）。A/D轉換器（ADC）是將現實世界中連續變化的模擬信號（如聲音、光綫、溫度等）轉化為數字係統可以理解和處理的離散數值信號的關鍵接口。本文將深入探討現代通信係統中A/D轉換器技術的重要性和應用，剖析其核心原理、關鍵性能指標、麵臨的挑戰以及未來的發展趨勢。 第一章：A/D轉換器的基本原理與分類 A/D轉換器是將模擬信號轉化為數字信號的橋梁。其基本工作流程可以概括為三個主要步驟：采樣（Sampling）、量化（Quantization）和編碼（Encoding）。 采樣（Sampling）： 在離散的時間點上，對連續的模擬信號進行周期性的“拍照”，獲取信號在這些瞬間的值。采樣頻率是決定數字信號能夠多準確地還原原始模擬信號的關鍵參數。根據奈奎斯特定理（Nyquist-Shannon sampling theorem），采樣頻率必須大於信號最高頻率的兩倍，纔能避免混疊（Aliasing），即原始信號的失真。 量化（Quantization）： 將采樣得到的模擬幅度值映射到預先設定的離散的數字電平。量化過程會引入量化誤差，其大小取決於量化器的分辨率，即ADC的位數。位數越多，量化電平越精細，量化誤差越小，數字信號的精度越高。 編碼（Encoding）： 將量化後的數字電平轉換為二進製碼。每個量化電平對應一個唯一的二進製碼字，以便數字係統進行存儲、處理和傳輸。 根據不同的轉換原理和實現方式，A/D轉換器可以分為多種類型，每種類型都有其獨特的優缺點和適用場景。常見的ADC類型包括： 逐次逼近型ADC（Successive Approximation Register ADC, SAR ADC）： 這是一種最常見的ADC類型，以其平衡的性能（速度、分辨率、功耗）而聞名。其工作原理是通過一個DAC（數模轉換器）和比較器，逐次逼近輸入的模擬信號值，直到找到最接近的數字碼。SAR ADC結構相對簡單，功耗較低，廣泛應用於數據采集係統、傳感器接口等領域。 雙斜率型ADC（Dual-Slope ADC）： 雙斜率ADC通過積分一個固定的電壓和一個與輸入模擬電壓成比例的電壓，然後測量積分時間來完成轉換。它具有齣色的抗噪聲性能和高精度，但轉換速度相對較慢，常用於需要高精度但對速度要求不高的場閤，例如精密測量儀器。 Σ-Δ型ADC（Sigma-Delta ADC）： Σ-Δ ADC通過過采樣（Oversampling）和噪聲整形（Noise Shaping）技術，可以在較低時鍾頻率下實現極高的分辨率。它將高頻的量化噪聲推到信號帶寬之外，再通過數字濾波器濾除，從而獲得高信噪比。Σ-Δ ADC特彆適閤於需要極高分辨率且信號帶寬不大的應用，如音頻采集、精密測量等。 流水綫型ADC（Pipelined ADC）： 流水綫ADC將整個轉換過程分解成多個階段，每個階段完成一部分轉換任務，然後將結果傳遞給下一階段。這種並行處理的方式可以顯著提高轉換速度，使其非常適閤高速數據采集和實時信號處理應用，如高速通信、圖像傳感器等。 閃速型ADC（Flash ADC）： 閃速ADC同時使用多個比較器，每個比較器將輸入模擬信號與不同的參考電壓進行比較，一次性完成轉換。它具有最快的轉換速度，但需要大量的比較器，功耗和成本也相對較高，通常用於對速度要求極高的場閤，如示波器、高速數字信號處理器等。 第二章：A/D轉換器的關鍵性能指標 在選擇和評估A/D轉換器時，有幾個關鍵的性能指標需要仔細考量，它們直接影響著係統的整體性能和準確性。 分辨率（Resolution）： 分辨率通常用ADC的位數（bits）來錶示，如8位、10位、12位、16位等。它決定瞭ADC能夠區分的最小模擬電壓變化。分辨率越高，ADC能夠錶示的模擬信號的細節越多，量化誤差越小。例如，一個12位的ADC可以將輸入電壓範圍分成2^12 = 4096個離散的電平。 采樣率（Sampling Rate）： 采樣率是指ADC每秒鍾能夠對模擬信號進行采樣的次數，單位是赫茲（Hz）或兆赫茲（MHz）。根據奈奎斯特定理，采樣率必須至少是信號最高頻率的兩倍，纔能保證信號的無失真恢復。在實際應用中，為瞭留有足夠的餘量，通常會選擇更高的采樣率。 信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）： SNR衡量的是ADC輸齣信號的功率與噪聲功率的比值。信噪比越高，錶示ADC産生的噪聲越小，輸齣的數字信號越純淨。SNR通常以分貝（dB）為單位錶示。 有效位數（Effective Number of Bits, ENOB）： ENOB 是一個綜閤指標，它考慮瞭ADC在實際工作條件下，受噪聲和失真影響後，能夠提供的有效分辨率。ENOB通常小於ADC的標稱位數，它能夠更準確地反映ADC的實際性能。 非綫性度（Non-linearity）： 非綫性度是指ADC的輸齣數字碼與輸入模擬電壓之間的關係偏離理想直綫程度的度量。主要包括積分非綫性（Integral Non-linearity, INL）和差分非綫性（Differential Non-linearity, DNL）。INL衡量的是實際傳輸函數與理想傳輸函數之間的偏差，DNL衡量的是相鄰數字碼之間的步長是否相等。較低的非綫性度是保證信號真實再現的關鍵。 功耗（Power Consumption）： ADC在工作時會消耗一定的電能，尤其是在高速和高分辨率的應用中。功耗是電池供電設備和低功耗應用設計中需要重點考慮的因素。 轉換時間（Conversion Time）： 轉換時間是指ADC從接收采樣信號到輸齣數字碼所需的時間。對於實時係統，較短的轉換時間至關重要。 第三章：A/D轉換器在現代通信係統中的應用 A/D轉換器是現代通信係統的核心組成部分，它們負責將模擬世界的各種信息轉化為數字信號，以便進行高效的處理、傳輸和存儲。在通信係統中，ADC的應用無處不在，其性能直接影響著通信係統的帶寬、數據速率、信號質量和功耗。 數字蜂窩通信（如4G/5G）： 在手機和基站的射頻前端，ADC用於將接收到的模擬射頻信號進行數字化，以便後續的數字信號處理（DSP），如解調、解碼、濾波等。ADC的采樣率和分辨率決定瞭係統能夠處理的帶寬和接收到的信號質量。例如，5G通信係統需要更高的帶寬和更復雜的調製方案，對ADC的采樣率和動態範圍提齣瞭更高的要求。 軟件無綫電（Software Defined Radio, SDR）： SDR是一種將通信係統中許多傳統的硬件功能（如調製、解調、濾波等）通過軟件來實現的通信係統。SDR的核心是高性能的ADC和DAC。ADC負責將接收到的寬帶模擬信號數字化，使得大部分信號處理可以在數字域完成，從而賦予瞭SDR極強的靈活性和可重構性。 光縴通信接收端： 在光縴通信係統中，光信號被轉換為電信號後，需要通過ADC進行數字化，以便進行後續的信號處理，如誤碼檢測、信號均衡等。高速ADC在光通信係統中扮演著至關重要的角色，它們需要能夠處理極高的數據速率。 Wi-Fi和藍牙通信： 這些無綫通信技術同樣依賴ADC將接收到的無綫電信號數字化，以便進行數據傳輸和處理。隨著無綫通信速率的不斷提升，對ADC的性能要求也越來越高。 衛星通信： 衛星通信係統中的數據采集和處理也離不開ADC。從地麵站接收衛星信號，到衛星上的信號處理，ADC都扮演著關鍵角色，確保信號的準確傳輸和接收。 數字廣播電視： 電視信號的接收和處理同樣需要ADC。模擬電視信號通過天綫接收後，會被ADC轉換為數字信號，以便進行存儲、編輯和顯示。 物聯網（IoT）設備： 隨著物聯網的飛速發展，越來越多的傳感器需要將采集到的環境數據（如溫度、濕度、光照等）通過ADC轉換為數字信號，然後傳輸到雲端或本地進行分析。這些設備往往對功耗有嚴格的要求，因此低功耗ADC的應用尤為廣泛。 第四章：A/D轉換器技術麵臨的挑戰與發展趨勢 盡管A/D轉換器技術已經取得瞭巨大的進步，但其在現代通信係統中的應用仍然麵臨著諸多挑戰，同時也孕育著新的發展機遇。 高采樣率與高分辨率的權衡： 提高ADC的采樣率通常會帶來更高的功耗和更復雜的電路設計，而提高分辨率則會增加電路的復雜度和非綫性度。如何在兩者之間取得最佳平衡，滿足不同應用的需求，是ADC設計麵臨的持續挑戰。 寬帶寬信號的處理： 隨著通信係統帶寬的不斷增加，ADC需要能夠處理越來越寬的信號頻率範圍。這要求ADC具有更高的采樣率、更低的噪聲和更小的失真。 低功耗設計： 在移動通信、物聯網等對功耗敏感的應用中，低功耗ADC是關鍵。如何設計更節能的ADC架構，降低靜態和動態功耗，是研究的重要方嚮。 集成化與小型化： 隨著通信設備嚮小型化、集成化發展，ADC也需要不斷縮小尺寸，並集成到更復雜的SoC（System on Chip）中。 抗乾擾能力： 在復雜的電磁環境中，ADC需要具備良好的抗乾擾能力，以確保采集數據的準確性。 動態範圍的擴展： 在某些應用中，信號的動態範圍非常大，ADC需要能夠同時處理非常微弱和非常強的信號，這需要ADC具備更大的動態範圍。 未來的A/D轉換器技術將朝著以下幾個方嚮發展： 更高的采樣率和分辨率： 隨著通信技術的發展，對ADC的采樣率和分辨率的要求將持續提高。這將推動ADC架構和工藝的不斷革新。 更低的功耗： 綠色通信和移動設備的普及將繼續推動對低功耗ADC的需求。 更強的集成度： ADC將更多地集成到SoC中，與其他模擬和數字模塊協同工作，實現更高的係統效率。 智能化和自適應能力： 未來的ADC可能會具備一定的智能化和自適應能力，能夠根據輸入信號的特性自動調整工作參數，優化性能。 先進工藝的應用： 采用更先進的半導體製造工藝，如FinFET、GAA等，將有助於提高ADC的性能，降低功耗，並縮小尺寸。 新的ADC架構： 研究人員正在不斷探索新的ADC架構，以突破現有技術的瓶頸，例如基於電容陣列的ADC、混閤信號ADC等。 結論 A/D轉換器作為連接模擬世界與數字世界的關鍵橋梁，在現代通信係統中扮演著不可或缺的角色。從基礎的信號采樣、量化到復雜的數字信號處理，ADC的性能直接決定瞭通信係統的整體效率、數據質量和應用範圍。隨著通信技術的不斷演進，對ADC的性能要求也日益提高。未來，A/D轉換器技術將繼續在更高采樣率、更高分辨率、更低功耗、更強集成度等方麵不斷突破，為構建更高效、更智能、更互聯的通信世界貢獻力量。理解ADC的基本原理、關鍵指標以及在不同通信場景下的應用，對於通信工程師、係統設計者以及對通信技術感興趣的讀者都具有重要的意義。

評分☆☆☆☆☆

剛拿到《活學活用A/D轉換器》，翻開目錄，就感覺作者團隊這次的用心可見一斑。他們並沒有將A/D轉換器這個技術性很強的課題，做得枯燥乏味，而是巧妙地將理論與實踐相結閤，通過大量的實例和代碼片段，讓讀者在學習過程中能夠切實感受到“活學活用”的精髓。特彆是對於初學者來說，一開始麵對復雜的公式和寄存器配置，很容易産生畏難情緒。但是這本書的處理方式很巧妙，它會先從一個簡單的應用場景入手，比如溫度采集，然後逐步引齣所需的A/D轉換器原理和配置，並且每一步都配有清晰易懂的圖示和詳細的代碼解釋。這就像一個經驗豐富的老師傅，手把手地教你如何一步步搭建起屬於自己的A/D轉換器應用係統。我特彆喜歡書中關於不同A/D轉換器類型（如SAR、Delta-Sigma等）的對比分析，這有助於我更深入地理解它們各自的優缺點以及適用的場景，而不是盲目地選擇。而且，書中的例子覆蓋瞭從簡單的傳感器讀數到更復雜的信號處理，這使得即使是已經有一定基礎的工程師，也能從中找到啓發和新的思路。總而言之，這本書對於想要深入瞭解A/D轉換器並將其應用於實際項目中的讀者來說，是一本不可多得的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

讀完《活學活用A/D轉換器》，我最大的感受就是作者們對技術的理解既有深度，又不失廣度。河閤一先生和彭剛先生在書中展現瞭他們紮實的理論功底，他們不僅詳細講解瞭A/D轉換器的核心原理，例如采樣定理、量化誤差、噪聲等，還深入剖析瞭各種不同架構A/D轉換器的內部工作機製。但更讓我印象深刻的是，他們並沒有止步於理論的陳述，而是將這些理論知識落地，通過大量的實際應用案例，展示瞭如何將A/D轉換器集成到復雜的嵌入式係統中。書中的電路設計部分，從電源濾波到信號調理，都考慮得十分周全，為讀者提供瞭一個非常好的參考範例。我尤其欣賞書中關於噪聲抑製和精度優化的章節，這些都是在實際項目中常常會遇到的棘手問題，而書中提供的解決方案和技巧，都經過瞭實踐的檢驗，非常具有指導意義。另外，對於那些需要處理高速信號或者對采樣率有極高要求的讀者，書中關於高速A/D轉換器的設計和應用部分，提供瞭非常寶貴的信息。讀這本書，就像是跟兩位資深工程師進行瞭一次深入的技術交流，他們不僅教會瞭我“是什麼”，更教會瞭我“怎麼做”。

評分☆☆☆☆☆

從一名對A/D轉換器概念模糊的初學者角度來看，《活學活用A/D轉換器》這本書簡直是救星。此前，我隻是隱約知道A/D轉換器是連接模擬世界和數字世界的橋梁，但具體如何工作，如何選擇，如何使用，一直是個謎。這本書的敘述方式非常清晰，循序漸進，從最基本的概念講起，比如模擬信號和數字信號的區彆，為什麼要進行模數轉換。然後，逐步引入A/D轉換器的核心組成部分，比如采樣器、量化器和編碼器，並且用形象的比喻來解釋它們的功能，讓我這個小白也能很快理解。書中的圖示非常豐富，每一個關鍵概念都配有清晰的原理圖和流程圖，這比單純的文字描述要直觀得多。我特彆喜歡書中針對不同應用場景的例程，比如音頻采集、傳感器數據處理等，這些例程代碼都很簡潔，而且注釋清晰，我嘗試著去修改和運行，很快就掌握瞭基本的應用技巧。這本書最大的優點在於，它不是簡單地羅列概念，而是將每一個概念都與實際應用聯係起來，讓我在學習理論的同時，也能感受到它的實用價值。

評分☆☆☆☆☆

《活學活用A/D轉換器》這本書最大的魅力在於它將晦澀的技術語言轉化為易於理解的知識體係。作者們並非簡單地堆砌公式和術語，而是通過大量生動的案例，將A/D轉換器的原理娓娓道來。我尤其欣賞書中對於各種A/D轉換器關鍵參數的解釋，比如分辨率、采樣率、信噪比（SNR）、無雜散動態範圍（SFDR）等等，這些參數的意義和它們對實際應用的影響，都被解釋得非常透徹。書中還提供瞭一些非常實用的選型指南，幫助讀者根據具體的應用需求，選擇最閤適的A/D轉換器型號。我嘗試著將書中的選型方法應用到我最近的一個項目中，結果非常成功，大大縮短瞭我的開發周期。而且，這本書的排版也非常精美，圖文並茂，閱讀體驗非常好。對於那些希望快速掌握A/D轉換器應用技能的讀者來說，這本書絕對是一個高效的學習工具。它讓我意識到，原來A/D轉換器並沒有想象中的那麼復雜，隻要方法得當，完全可以做到“活學活用”。

評分☆☆☆☆☆

對於一些在信號處理領域有一定基礎的工程師來說，《活學活用A/D轉換器》提供瞭一個非常棒的進階平颱。書中對各種A/D轉換器架構的深入分析，比如逐次逼近型（SAR）、Σ-Δ型（Delta-Sigma）、流水綫型（Pipeline）等，都進行瞭詳細的原理講解和性能特點的對比。我個人對Σ-Δ型A/D轉換器的過采樣和噪聲整形技術特彆感興趣，書中對這部分內容的闡述非常到位，並且給齣瞭具體的實現思路，這為我優化低頻、高精度信號的采集提供瞭新的方嚮。此外，書中還討論瞭A/D轉換器在實際應用中常遇到的挑戰，如抗混疊濾波器的設計、電源去耦和接地技巧、以及數字接口的選擇等，這些都是影響係統性能的關鍵因素，書中給齣的建議都非常有實踐價值。我最看重的是書中關於“活學活用”的理念，它不僅僅是教你如何使用A/D轉換器，更是引導你去理解為什麼這樣用，以及如何在不同的應用場景下進行最優化的選擇。這本書的專業性和實用性都相當高，對於想要提升A/D轉換器應用水平的工程師來說，絕對值得一讀。