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

图书标签:

• A/D转换器
• 模拟电路
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• 电子技术

店铺： 北京十翼图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030442543

商品编码：29518769037

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

售价：31.2元,便宜6.8元,折扣82

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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《模拟信号的数字脉搏：探索A/D转换器的奥秘》 在当今高度数字化的世界里，信息的获取、处理与传输无不依赖于数字技术。然而，现实世界中的绝大多数信息，无论是声音、图像、温度，还是生物电信号，本质上都是连续变化的模拟信号。要让计算机和各种数字设备能够理解并处理这些模拟信号，就必须有一个至关重要的“翻译官”——模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）。本书将带您深入探索A/D转换器的精彩世界，揭示它如何将连续的模拟浪潮转化为离散的数字序列，从而驱动着我们生活方方面面的技术革新。 一、 A/D转换器的基本原理与组成 A/D转换器，顾名思义，是实现模拟信号到数字信号转换的关键器件。其核心任务是将一个输入的模拟电压值，在特定的时间点上进行采样，然后将其量化为一组离散的数字代码。这个过程看似简单，实则蕴含着深刻的信号处理理论与精密的工程设计。 一个典型的A/D转换器主要由以下几个核心部分构成： 采样器（Sample-and-Hold, S/H）：模拟信号是连续变化的，为了捕捉其在某一时刻的“瞬时值”，就需要一个采样器。采样器以一定的频率（采样频率）周期性地接通，将输入模拟信号的电压“捕捉”下来，并将其保持在一个恒定的电平上，直到下一次采样到来。这个保持的过程是为了稳定电压，为后续的量化提供一个准确的输入。采样频率的选择至关重要，它直接决定了转换器能够捕捉到的最高频率成分，遵循奈奎斯特定理，采样频率必须大于信号最高频率的两倍，才能避免混叠失真。 量化器（Quantizer）：量化器是A/D转换器的心脏，它负责将采样器保持的模拟电压值，按照预设的精度（分辨率）划分成若干个离散的数字等级。想象一下，将一段连续的长度，用有限数量的尺子刻度来表示。量化器就是将输入的模拟电压，映射到这些有限的数字码上。量化过程中必然会产生量化误差，这是A/D转换固有的失真，其大小与转换器的分辨率成反比。分辨率越高，量化等级越多，量化误差就越小，转换精度也就越高。 编码器（Encoder）：编码器则将量化器输出的数字等级，转换成最终的二进制数字码（例如，BCD码或自然二进制码）。这个过程是将内部的数字表示形式，转换为标准的数字输出格式，供后续的数字处理系统使用。 二、 A/D转换器的分类与技术 A/D转换技术发展至今，涌现出多种不同的架构和工作原理，每种都有其独特的优势和适用场景。理解这些不同的转换器类型，有助于我们根据具体应用需求选择最合适的技术。 1. 逐次逼近型A/D转换器 (SAR ADC)：这是目前应用最广泛的A/D转换器类型之一。其工作原理类似于一个“试探”过程：转换器首先输出一个最高位的数字信号，然后通过数/模转换器（DAC）将其转换成模拟电压。这个模拟电压与原始输入信号进行比较，如果输入的模拟信号更大，则保持最高位为1，否则置为0。接着，再试探次高位，如此反复，直到所有位都确定为止。SAR ADC的优点是速度适中，功耗较低，分辨率和精度都可以做得很高，适用于仪器仪表、数据采集系统等领域。 2. 双积分型A/D转换器 (Dual-Slope ADC)：双积分型ADC具有极高的精度和良好的抗干扰能力，常用于高精度的测量仪器，如数字万用表。它的工作原理是通过对输入模拟信号进行积分，然后用一个已知斜率的负向电压反向积分，直到积分回零。积分的时间与输入信号的幅值成正比，通过测量这个时间就可以得到数字输出。这种方法的优点是精度高，对噪声不敏感，但转换速度相对较慢。 3. 并联型/全并行型A/D转换器 (Flash ADC)：Flash ADC又称为“闪速”ADC，它的特点是速度极快。它使用大量的比较器和电阻分压网络，在同一时刻将输入模拟信号与所有可能的量化阈值进行比较，然后通过编码器直接输出数字码。其优势在于转换速度非常高，可以达到GHz级别，但缺点是功耗大，而且随着分辨率的提高，所需的比较器数量呈指数级增长，成本也随之急剧上升。Flash ADC适用于对速度要求极高的场合，如高速示波器、信号分析仪等。 4. 流水线型A/D转换器 (Pipeline ADC)：流水线型ADC结合了Flash ADC的速度和SAR ADC的效率。它将整个转换过程分解成多个阶段，每个阶段完成一部分量化工作，然后将结果传递给下一阶段。这种结构可以实现较高的速度和较高的分辨率，同时避免了Flash ADC的巨大功耗和复杂性。流水线型ADC在数字电视、通信系统等领域有着广泛的应用。 5. Σ-Δ（Sigma-Delta）A/D转换器：Σ-Δ ADC采用过采样和噪声整形技术，可以在较低的时钟频率下实现极高的分辨率。它通过一个噪声整形器将量化噪声推移到信号带宽之外，然后通过数字滤波器进行抽取，从而获得高分辨率的输出。Σ-Δ ADC尤其适用于音频、传感器数据采集等对精度要求极高的应用，即使在较低的采样速率下也能实现非常精细的量化。 三、 A/D转换器的性能指标 衡量一个A/D转换器性能的关键在于其各项技术指标。理解这些指标，有助于我们评估转换器的优劣，并根据应用需求进行选择。 分辨率 (Resolution)：分辨率是指ADC能够区分的最小模拟电压变化量，通常用比特（bit）来表示。例如，一个12位的ADC可以将模拟电压划分为2^12 = 4096个等级。分辨率越高，ADC越能精确地表示输入的模拟信号。 采样率 (Sampling Rate)：采样率是指ADC每秒钟能够进行的采样次数，单位是赫兹（Hz）或兆赫兹（MHz）。采样率决定了ADC能够捕捉到的最高信号频率，根据奈奎斯特定理，采样率必须大于信号最高频率的两倍。 非线性 (Nonlinearity)：理想的ADC应该是线性的，即输出的数字值与输入模拟电压成严格的线性关系。然而，实际的ADC存在各种非线性误差，包括积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）。INL衡量的是实际的传输函数与理想传输函数之间的最大偏差，DNL衡量的是相邻两个量化码之间的实际步长与理想步长之间的偏差。 信噪比 (Signal-to-Noise Ratio, SNR)：SNR是指输入信号的功率与噪声功率之比。高SNR意味着信号中包含的有用信息远大于噪声，转换精度越高。 有效位数 (Effective Number of Bits, ENOB)：ENOB是一个综合指标，它考虑了ADC的噪声和失真，给出了在实际应用中ADC能够提供多少有意义的位数。ENOB总是小于或等于ADC的标称分辨率。 功耗 (Power Consumption)：ADC的功耗是选择器件时需要考虑的重要因素，尤其是在电池供电设备和大规模集成电路设计中。 转换时间 (Conversion Time)：指ADC完成一次完整转换所需的时间。对于需要实时处理的应用，转换时间是一个关键参数。 四、 A/D转换器的应用领域 A/D转换器是现代电子系统不可或缺的组成部分，其应用几乎渗透到我们生活的每一个角落。 通信系统：从蜂窝电话、Wi-Fi到光纤通信，A/D转换器负责将模拟的无线电信号或光信号转换为数字信号进行处理和传输，并将接收到的数字信号转换回模拟信号播放。 音频与视频处理：数码相机、摄像机、MP3播放器、数字电视等都离不开A/D转换器，它们将模拟的声波和光波转换为数字信息进行存储、处理和播放。 仪器仪表：数字示波器、数字万用表、频谱分析仪、数据采集系统等高精度测量设备，都依赖于高性能的A/D转换器来准确地捕捉和量化被测信号。 医疗设备：心电图仪、脑电图仪、医学影像设备（如CT、MRI）等，都需要A/D转换器将生物电信号、X射线信号等模拟信息转换为数字数据，以便进行分析和诊断。 工业自动化：在工厂中，传感器（如温度传感器、压力传感器、流量传感器）输出的模拟信号需要通过A/D转换器转换成数字信号，以供PLC（可编程逻辑控制器）或其他控制系统进行处理和控制。 汽车电子：现代汽车集成了大量的传感器和电子控制单元（ECU），A/D转换器是连接传感器与ECU的桥梁，负责将各种模拟信号（如发动机转速、车速、油压等）转换成数字信号，以实现车辆的智能化控制和监测。 物联网 (IoT)：在日益普及的物联网设备中，各种环境传感器、运动传感器等输出的模拟信号都需要经过A/D转换器，才能上传到云端进行分析和应用。 五、 A/D转换器未来的发展趋势 随着技术的不断进步，A/D转换器正朝着更高精度、更高速度、更低功耗、更小尺寸的方向发展。 更高分辨率和精度：随着对信号细节要求越来越高，A/D转换器将不断突破分辨率的极限，达到20位甚至更高的级别。 更高采样速率：对于高速通信、宽带信号处理等应用，对采样速率的需求也在不断提升，推动着ADC向GHz甚至THz级别发展。 低功耗设计：在移动设备和物联网领域，低功耗是至关重要的。未来的ADC将更加注重能效比，实现更高的性能同时消耗更少的能量。 集成化与智能化：A/D转换器将更多地与处理器、FPGA等集成在一起，实现更强大的数据采集和处理能力。同时，ADC本身也将集成更多的智能化功能，例如自校准、动态范围调整等。 新型转换器技术：新的材料和工艺（如MEMS、纳米技术）的引入，有望催生出全新的A/D转换器架构，带来性能上的突破。 结语 A/D转换器作为连接模拟世界与数字世界的关键纽带，其重要性不言而喻。从微观的电子元器件到宏观的智能化系统，A/D转换器默默地扮演着不可或缺的角色。理解A/D转换器的基本原理、技术类型、性能指标和应用，对于深入掌握现代电子技术、洞察科技发展趋势，都具有重要的意义。本书旨在为您提供一个全面而深入的视角，带领您领略A/D转换器的奥秘，并激发您对这一领域更深入的探索与思考。

评分☆☆☆☆☆

我从事的行业是仪器仪表的设计和制造，A/D转换器是我们产品核心部件中的一个重要组成部分，直接关系到我们产品的精度、稳定性和性能。在过去的项目中，我们遇到过不少由于A/D转换器选型不当或者使用不当，而导致产品出现各种问题的经历。因此，我非常期待一本能够深入剖析A/D转换器技术，并且提供切实可行的设计和应用指导的书籍。这本书《活学活用A/D转换器》的题目，就暗示了其内容的实用性和指导性。我希望书中能够详细阐述各种A/D转换器技术（如SAR, Sigma-Delta, Pipeline等）的原理、优缺点以及适用场景，特别是针对一些新兴的应用领域，比如高精度测量、高速数据采集等，是否有最新的技术进展和解决方案。同时，我非常关注书中关于A/D转换器在实际应用中可能遇到的各种挑战，例如噪声抑制、时钟同步、抗干扰设计、电源完整性等，以及作者是如何给出解决方案的。如果书中能提供一些经过验证的电路设计模板、仿真分析工具的使用指导，或者实际项目中的案例研究，那将对我非常有帮助，能够直接指导我们工程师在产品开发过程中避免重复的错误，提高工作效率。

评分☆☆☆☆☆

这本《活学活用A/D转换器》的出现，对于我这种在电子工程师的职业生涯中，经常会接触到数据采集和信号处理的从业者来说，无疑是一股清流。我之前在工作中，也曾遇到过需要仔细评估和选择A/D转换器的时候，但往往是摸着石头过河，经验积累为主，理论支撑不足。这本书的作者，尤其是来自日本的河合一先生，我对日本在精密仪器和电子技术领域的严谨性是有较高评价的，而中文译者彭刚先生，也意味着这本书的翻译质量应该是有保障的，能够比较准确地传达原著的精髓。我更倾向于寻找那种能够提供深入技术洞察，又不过分偏离实际应用的书籍。我希望这本书能够详细解析A/D转换器的各种工作原理，不仅仅是简单的SAR、Delta-Sigma这些类型，更希望能够深入到它们的内部架构、时序控制、以及各种噪声源的分析和抑制方法。此外，书中对于A/D转换器的选型指南，我想会非常宝贵，如何根据不同的应用场景，比如采样速率、分辨率、功耗、成本等因素，做出最优的选择，这方面的指导对于工程师来说至关重要。如果书中能包含一些关于PCB布局、电源去耦、时钟抖动等影响A/D转换器性能的实际工程问题，并提供解决方案，那将极大地提升这本书的实用价值。

评分☆☆☆☆☆

我是一位电子专业的在校学生，目前正在攻读硕士学位，研究方向与信号处理和嵌入式系统紧密相关。在学习过程中，我发现A/D转换器是许多项目开发中不可或缺的关键组件。尽管我们课堂上会讲解一些基础知识，但对于如何将其真正应用到复杂的实际系统中，我 still 感到力不从心。我偶然看到了《活学活用A/D转换器》这本书的书名，觉得这个标题非常吸引我，因为它直接点出了我当前学习和实践中最迫切的需求——“活学活用”。我希望这本书能够帮助我从理论层面深入理解A/D转换器的内部机制，比如过采样、数字滤波、量化噪声抑制等技术，并能将这些理论知识转化为实际的工程设计能力。我特别关注书中是否会有关于不同类型A/D转换器（例如闪速型、逐次逼近型、Σ-Δ型等）的详细比较和适用性分析，以及它们在不同应用场景下的优缺点。如果书中能提供一些实际的电路设计实例，以及相关的软件或固件开发建议，例如如何编写采样程序、如何处理ADC输出的数据等，那将对我毕业设计和未来的职业发展大有裨益。我对书中作者的背景也充满好奇，希望他们能分享一些在实际工程应用中的宝贵经验。

评分☆☆☆☆☆

我是一名业余的电子爱好者，平时喜欢自己动手做一些电子小制作，从简单的LED闪烁到稍微复杂一些的传感器数据记录，都让我乐在其中。最近我开始接触一些需要测量模拟信号的项目，比如温湿度传感器、光敏电阻等，这就不可避免地要用到A/D转换器。市面上有很多廉价的微控制器都集成了ADC功能，但我总觉得它的性能和稳定性有待提高，而且对于如何充分发挥它的潜力，我感觉自己知之甚少。这本书《活学活用A/D转换器》的书名，听起来就非常接地气，不像那些高深莫测的学术著作，我希望它能够用比较易懂的方式，给我介绍A/D转换器的基本概念，让我明白为什么不同的ADC会有不同的参数，以及这些参数对我的项目有什么影响。我更希望书中能有一些实际的动手指导，比如如何选择合适的ADC芯片，如何连接外部电路，如何处理ADC的输出信号，以及如何通过一些简单的技巧来提高测量精度。我不太关心复杂的数学推导，但非常希望能够看到一些直观的图示和清晰的实验步骤，这样我才能真正地“活学活用”起来，让我的电子小制作更上一层楼。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名让我印象非常深刻，"活学活用A/D转换器"，光听名字就觉得它不是那种枯燥的理论堆砌，而是实实在在能够帮我们解决实际问题的。我一直对电子技术很感兴趣，尤其是在信号处理和嵌入式开发领域，A/D转换器就像是连接模拟世界和数字世界的一座桥梁，它的性能和应用直接影响到整个系统的成败。市面上关于A/D转换器的书籍不少，但很多都停留在概念讲解，理论推导，对于如何选择、如何优化、如何在实际电路中应用，往往语焉不详。这本书的作者河合一和彭刚，名字给我的感觉就非常专业，而且有来自国际的视角，这让我对它充满了期待。我希望这本书能像它的名字一样，真正做到“活学活用”，让我们这些读者能够通过学习，掌握A/D转换器的核心技术，并且能够灵活地运用到自己的项目中去，无论是做一些小型的传感器数据采集，还是复杂的仪器设备开发，都能有理论指导和实践参考。我特别想知道书中会不会介绍一些具体的应用案例，比如在音频、视频、医疗设备或者工业控制等领域，A/D转换器是如何发挥作用的，以及在这些应用中，需要关注哪些关键参数和设计技巧。如果能有相关的电路图和代码示例，那就更完美了，毕竟实践出真知，动手操作才能加深理解。