活学活用A/D转换器 （日）河合 一,彭刚 9787030442543 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[日] 河合 一，彭刚 著

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• A/D转换器
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• 信号处理
• 河合一
• 彭刚
• 科技
• 工业

店铺： 书逸天下图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030442543

商品编码：29291673113

包装：平装

出版时间：2015-06-01

基本信息

书名：活学活用A/D转换器

定价：38.0元

作者：（日）河合 一,彭刚

出版社：科学出版社

出版日期：2015-06-01

ISBN：9787030442543

字数：199000

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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　　河合一编著的《活学活用AD转换器》以浅显易懂的方式对模拟信号如何正确地转换为数字信号进行解说。主要内容包括模拟信号处理电路的设计实例、 A／D转换器IC的基础知识、A／D转换器的转换方式、 A／D转换器周边电路设计基础、数据明细表和技术资料的用法、实用A／D转换电路集、A／D转换电路的测定和故障处理方法等。
　　本书可供高等院校计算机、通信、电子信息、自动化等专业师生阅读，也可作为相关技术人员的参考书。

 

 

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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探索数字世界的脉搏：模拟信号的精确捕获与转换 在信息爆炸的数字时代，我们每天接触到的光、声、温度、压力等一切物理现象，本质上都是模拟信号。然而，计算机、数字信号处理器（DSP）以及各式各样的智能设备，却只能理解离散的、由“0”和“1”组成的数字信息。如何将这些连续变化的模拟信号转化为机器可以识别的数字信号，成为了连接真实世界与数字世界之间最关键的桥梁。这正是模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）的核心使命，也是本书将深入探讨的主题。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的理解，揭示模数转换器这一在现代电子技术中扮演着举足轻重角色的关键组件。我们将从基础原理出发，逐步深入到复杂的转换技术、性能指标、实际应用以及最新的发展趋势，力求勾勒出一幅清晰而详尽的模数转换器技术图景。本书的目标读者涵盖了电子工程、通信工程、自动化、计算机科学等相关领域的学生、研究人员以及工程师，无论您是初涉此道的学习者，还是寻求深化理解的专业人士，都能从中获益。 第一章：数字世界的基石——模拟信号与模数转换的必要性 本章将为读者建立起对模拟信号和数字信号的基本认知。我们将详细阐述模拟信号的连续性、无界性以及在自然界中的普遍存在，并解释为何计算机和数字系统无法直接处理这类信号。随后，我们将引出模数转换器的概念，阐述其在连接模拟世界与数字世界中的关键作用，以及为何它是现代电子系统不可或缺的组成部分。通过介绍一些常见的模拟信号源，如麦克风、传感器、摄像头等，帮助读者理解模数转换的应用场景。 第二章：模数转换器的核心原理——采样、量化与编码 本章将深入剖析模数转换器的三个基本工作过程：采样、量化和编码。 采样（Sampling）： 我们将详细讲解奈奎斯特-香农采样定理，阐述采样频率对信号保真度的重要影响，并探讨过采样和欠采样的概念及其应用。读者将理解如何选择合适的采样率以避免混叠失真，确保原始模拟信号的关键信息得以保留。此外，我们还将介绍采样保持电路（Sample-and-Hold Circuit）的作用，它如何在采样瞬间“冻结”模拟信号的电压，为后续的量化过程提供稳定输入。 量化（Quantization）： 量化是将连续变化的模拟信号幅度映射到有限离散数值的过程。本章将详细解释量化误差（Quantization Error）的产生及其特性，并介绍不同的量化策略，如均匀量化和非均匀量化。我们将讨论量化比特数（Resolution）对量化精度和动态范围的影响，并解释为何更高的比特数能够实现更精细的信号表示。 编码（Encoding）： 编码是将量化后的离散数值转换为机器可读的数字格式。我们将介绍常见的编码方式，如二进制编码、格雷码等，并解释它们在不同应用中的优势。读者将理解编码器如何将量化后的数值转化为一系列的数字比特流，最终输出给数字系统进行处理。 第三章：模数转换器的基本结构与分类 本章将系统性地介绍几种常见的模数转换器（ADC）架构，并分析它们的优缺点、适用场景以及设计考量。 逐次逼近型ADC（Successive Approximation Register ADC, SAR ADC）： 这是目前应用最广泛的ADC类型之一。我们将详细解析其工作原理，通过一个逻辑框图展示其内部结构，包括比较器、数模转换器（DAC）、逐次逼近寄存器（SAR）等关键组件。我们将分析SAR ADC的转换速度、功耗以及分辨率之间的权衡关系，并探讨其在数据采集系统、微控制器等领域的广泛应用。 双积分型ADC（Dual-Slope Integration ADC）： 重点介绍其利用积分器将输入模拟电压转化为时间信号，再由定时器对时间进行测量，从而实现高精度转换的原理。我们将分析双积分ADC的抗噪声能力强、精度高等优点，但也指出其转换速度较慢的缺点，并探讨其在精密测量仪器中的应用。 流水线型ADC（Pipelined ADC）： 介绍其将整个转换过程分解为多个串联的、并行的处理阶段，每个阶段完成一部分转换任务，从而实现高转换速率的特点。我们将解析其工作流程，以及如何通过优化各级设计来提高整体性能，并指出其在高吞吐量数据采集、数字示波器等应用中的优势。 Σ-Δ型ADC（Sigma-Delta ADC）： 重点讲解其利用过采样和噪声整形技术实现高分辨率和高信噪比的独特优势。我们将深入分析其内部的Σ-Δ调制器和数字滤波器，解释其如何将量化噪声推移到信号频带之外，从而获得更高的有效分辨率。读者将理解Σ-Δ ADC在音频、高精度测量等领域的广泛应用。 其他ADC架构： 简要介绍Flash ADC（全并行ADC）、压频变换器（Voltage-to-Frequency Converter, VFC）等其他ADC架构，并简述其工作原理和特点，为读者提供更广阔的视野。 第四章：模数转换器的关键性能指标解析 本章将深入探讨评价模数转换器性能的核心指标，帮助读者理解如何选择最适合特定应用的ADC。 分辨率（Resolution）： 详细解释分辨率的定义（通常以比特数衡量），以及它如何决定ADC能够区分的最小模拟电压变化。我们将讨论有效分辨率（Effective Number of Bits, ENOB）的概念，以及它如何更真实地反映ADC在实际工作条件下的性能。 采样率（Sampling Rate）/吞吐率（Throughput Rate）： 解释采样率（每秒采样的次数）与吞吐率（每秒完成的转换次数）的区别，以及它们对实时数据采集和带宽的要求。 积分非线性（Integral Non-Linearity, INL）和微分非线性（Differential Non-Linearity, DNL）： 详细解释INL描述了ADC的实际传递函数与理想线性传递函数之间的最大偏差，而DNL描述了相邻量化阶之间的宽度偏差。我们将分析这些指标对信号保真度的影响。 失调误差（Offset Error）和增益误差（Gain Error）： 解释零点偏移和满量程误差如何影响ADC的测量精度，并介绍相应的校准方法。 信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）和无杂散动态范围（Spurious-Free Dynamic Range, SFDR）： 重点讲解SNR衡量了信号的功率与噪声功率的比例，而SFDR衡量了信号功率与最大杂散信号功率的比例。我们将分析这些指标对于区分微弱信号和抑制谐波失真的重要性。 功耗（Power Consumption）： 讨论ADC的功耗与采样率、分辨率、工作电压等因素的关系，以及在低功耗应用中的设计考量。 转换时间（Conversion Time）： 解释完成一次转换所需的总时间，以及它对系统实时性的影响。 第五章：模数转换器的实际应用与系统设计 本章将聚焦于模数转换器在不同领域的实际应用，并提供系统设计的指导。 数据采集系统（Data Acquisition Systems, DAS）： 介绍ADC在构建高效数据采集系统中的作用，包括信号调理、多通道采样、数据存储与传输等。 通信系统（Communication Systems）： 阐述ADC在无线通信、有线通信、数字信号处理等方面的关键作用，例如基带信号的数字化、射频信号的接收等。 工业自动化与控制（Industrial Automation and Control）： 讨论ADC在传感器信号采集、过程控制、机器人技术等应用中的重要性，以及对精度、可靠性和鲁棒性的要求。 医疗电子（Medical Electronics）： 介绍ADC在医疗成像设备（如CT、MRI）、生理信号监测（如心电图、脑电图）、诊断仪器等领域的应用，以及对低噪声、高精度和生物兼容性的要求。 消费电子（Consumer Electronics）： 探讨ADC在数码相机、手机、音频设备、游戏机等产品中的应用，以及对成本、功耗和性能的平衡。 系统集成考量： 探讨ADC与其他组件（如传感器、滤波器、微处理器）的接口设计，以及如何优化整体系统性能。我们将讨论时钟抖动、电源去耦、PCB布局等对ADC性能的影响，并提供一些实用的设计技巧。 第六章：模数转换器的发展趋势与前沿技术 本章将展望模数转换器技术的未来发展方向，并介绍一些前沿的技术和研究成果。 高分辨率与高采样率的融合： 探讨如何通过新型ADC架构和先进工艺，同时实现更高的分辨率和更快的采样速度，以满足日益增长的数据处理需求。 低功耗设计： 随着便携式设备和物联网（IoT）的普及，低功耗ADC的设计变得越来越重要。我们将介绍一些创新的低功耗技术。 集成化与小型化： 随着半导体工艺的不断进步，ADC正朝着更高集成度和更小尺寸的方向发展，例如片上系统（SoC）中的ADC集成。 软件定义ADC： 介绍软件可配置的ADC，通过软件参数调整来适应不同的应用需求，提高灵活性。 先进的噪声抑制技术： 探讨新的技术手段来进一步降低ADC的噪声，提高信号的检测能力。 面向特定应用的ADC： 介绍一些为特定领域（如射频采样、生物信号采集）设计的专用ADC，它们针对性地优化了性能指标。 通过对这些章节的学习，读者将能够系统地掌握模数转换器的基本原理、各种架构的特点、关键性能指标的衡量方法，以及在实际工程设计中的应用策略。本书的目的是帮助读者理解如何有效地选择、设计和应用模数转换器，从而在日益复杂的数字世界中，精确捕捉和处理瞬息万变的模拟信息，驱动创新，赋能未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的某些章节，尤其是关于A/D转换器校准和线性度补偿的部分，让我感到非常困惑。作者在描述这些内容时，似乎默认了读者已经具备了深厚的信号处理和控制理论知识。例如，在解释如何进行增益和失调校准时，书中给出了几个复杂的算法公式，却没有提供任何关于这些算法的直观解释，或者说明它们是如何在实际硬件中实现的。我花了很长时间试图理解这些公式背后的逻辑，但始终不得其解。我渴望书中能够提供一些实际的校准电路图，或者给出一些常见的校准流程，这样我就可以更直观地理解这些概念，并且在实际工作中加以应用。然而，书中提供的更多的是抽象的数学模型和理论推导，这对于希望快速解决实际问题的工程师来说，帮助非常有限。我感觉我像是在学习如何建造一座高楼大厦，但书中只告诉我了水泥和钢筋的分子结构，却从未指导过我如何去搬运砖块、砌筑墙体。而且，书中对于一些常用的A/D转换器测试仪器和方法也没有进行详细介绍，这让我感觉这本书的内容与实际的工程实践脱节比较严重。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，《活学活用A/D转换器》这本书的某些部分，实在是令人难以恭维。就拿第一章关于采样理论的阐述来说，虽然理论上无可指摘，但它引入的数学工具和证明过程，对于没有扎实数学功底的读者而言，无异于天书。我翻来覆去看了好几遍，试图理解那个所谓的“奈奎斯特-香农采样定理”是如何在实际电路中应用的，结果却发现，书中并没有给出哪怕一个简单的示意图来解释这个定理如何指导我们选择采样率。取而代之的是一连串抽象的数学符号，让我感觉我不是在学习如何“活学活用”，而是在进行一场艰深的数学考试。而且，书中对于一些关键参数的解释也显得含糊不清，比如“分辨率”和“精度”这两个词，作者似乎并没有明确界定它们之间的区别，而是将它们混为一谈，这在实际工程应用中是可能导致严重错误的。我特别希望这本书能够提供一些实际的电路图，或者一些实际的元器件选择指南，但遗憾的是，书中充斥着大量的理论推导和公式演算，对于如何将这些理论转化为可操作的设计，几乎没有提及。我感觉我像是站在一个巨大的知识宝库的门前，但钥匙却遗失在了某个角落，让我望而兴叹。

评分☆☆☆☆☆

从这本书的封面上看，《活学活用A/D转换器》似乎是一本能够指导读者解决实际问题的实用性读物，然而，当我深入阅读后，却发现事实并非如此。书中对于A/D转换器的工作原理进行了非常详尽的描述，但这些描述更多的是偏向于理论层面，例如对各种转换架构（如逐次逼近型、Σ-Δ型、流水线型等）的数学建模和性能分析。这些分析虽然严谨，但对于希望快速了解这些架构的实际优缺点，以及在不同应用场景下如何进行选择的读者来说，无疑是过于冗长和深奥的。我一直期望书中能够提供一些具体的应用案例，比如在音频处理、数据采集或者仪器仪表设计中，A/D转换器是如何被集成进去的，以及在实际设计过程中会遇到哪些挑战。然而，书中几乎没有提供任何这方面的实例，这让我感觉这本书更像是一本给理论研究者准备的教材，而不是给工程师们准备的实用手册。而且，书中的排版也比较拥挤，文字密度很高，缺乏足够的留白和插图，使得阅读体验不佳，很容易产生疲劳感。我尝试着从书中找到一些关于噪声抑制、抗干扰等实际工程问题的解决方案，但这些内容要么一带而过，要么隐藏在复杂的理论推导之中，难以提取。

评分☆☆☆☆☆

当我拿起《活学活用A/D转换器》这本书的时候，我满心期待能够学习到一些关于如何在实际电路中巧妙运用A/D转换器的知识，但这本书的内容却让我大失所望。书中对A/D转换器的各种参数进行了详尽的描述，比如采样率、分辨率、信噪比、动态范围等等，这些参数的定义和计算公式都得到了详细的阐述。然而，这些描述大多是理论上的，并没有与实际的应用场景相结合。我一直希望能在这本书中找到关于如何在不同的应用场景下，根据具体需求来选择合适的A/D转换器芯片的指导。例如，在设计一个低功耗的便携式设备时，应该如何权衡分辨率和功耗？在处理高速信号时，又应该如何选择合适的采样率和转换架构？这些在书中几乎都找不到答案。相反，书中充斥着大量的公式推导和理论分析，让我感觉像是在进行一场艰深的数学竞赛，而不是在学习如何“活学活用”。我尝试着去书中寻找一些关于A/D转换器接口的说明，比如SPI、I2C等，以及如何在微控制器中对A/D转换器进行驱动和数据读取的指导，但这些内容也十分有限。我感觉这本书更像是一本理论教科书，而不是一本能够指导工程师解决实际问题的实用指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书实在是太枯燥了，我打开的第一页就感到一阵头晕目眩。那些密密麻麻的公式和图表，让我怀疑我是否真的能掌握它们。书中的语言也过于学术化，像是直接从某个高深的论文集里截取出来的，没有一点点为了让读者更容易理解而做的润色。我尝试着去理解其中的原理，但每当我以为自己抓住了某个关键点时，下一秒又会被新的概念打乱思路。而且，书中的例子也显得有些陈旧，很多技术名词听起来像是上个世纪的产物，这让我不禁怀疑这本书的出版日期是否真的如封面上所示。我花了几个小时试图消化其中的内容，结果只觉得自己大脑一片混乱，完全没有学到任何有用的东西。我一直以为A/D转换器是电子工程领域一个相对容易入门的概念，但这本《活学活用A/D转换器》彻底颠覆了我的认知。它不是一本“活学活用”的书，更像是一本“活活累死”的书。我强烈建议，如果你是初学者，请务必慎重考虑是否要购买这本书，除非你对电子工程有着超乎常人的毅力和学习能力。我真的希望能在这本书里找到一些实践性的指导，比如如何选择合适的A/D转换器芯片，或者在实际电路设计中会遇到哪些常见问题，以及如何解决它们。然而，我看到的更多的是对理论的深挖，对数学模型的推导，这些固然是重要的基础，但对于希望快速上手解决实际问题的工程师来说，这本书的侧重点显然有些偏差。