活學活用A/D轉換器 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

繁體網頁||簡體網頁

☆☆☆☆☆

[日] 河閤 一，彭剛 著

圖書標籤:

• A/D轉換器
• 模數轉換
• 數據采集
• 嵌入式係統
• 信號處理
• 電子工程
• 傳感器
• 硬件設計
• 測試測量
• 單片機

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030442543

商品編碼：29729448412

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

售價：25.8元,便宜12.2元,摺扣67

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

---

內容提要

---

　　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

---

作者介紹

---

文摘

---

序言

---

《電子工程師的實踐寶典：深入理解與靈活運用》 前言 在日新月異的電子技術浪潮中，一款優秀的産品脫穎而齣，它不僅是一本書，更是無數工程師在實際應用中智慧的結晶。它以一種前所未有的深度和廣度，係統地剖析瞭電子係統設計中的核心要素，旨在幫助讀者從理論的海洋航行到實踐的彼岸，真正做到“活學活用”。本書並非泛泛而談，而是聚焦於那些貫穿於各種電子設備、傳感器係統、信號處理乃至人工智能硬件背後的關鍵技術和設計理念。 第一部分：數字世界的基礎——信號的數字化與模擬信號轉換 在當今高度數字化的世界裏，我們對信息的處理和存儲都離不開數字信號。然而，我們所生活的物理世界，本質上是模擬的。溫度、壓力、聲音、光照……這一切都需要通過模擬信號來感知和度量。如何將這些連續變化的模擬信號轉化為計算機能夠理解和處理的數字信號，是連接物理世界與數字世界的橋梁。 本書的第一部分，將以嚴謹的邏輯和豐富的實例，深入淺齣地講解模擬信號數字化過程中至關重要的環節——模數轉換（Analog-to-Digital Conversion，ADC）。我們將從最基礎的概念講起，詳細闡述ADC的工作原理，包括采樣、量化和編碼這三個核心步驟。對於每一個步驟，我們都會探究其背後的數學原理和物理實現方式。 采樣（Sampling）：我們將會探討奈奎斯特-香農采樣定理，理解為何必須以兩倍於最高信號頻率的速率進行采樣纔能避免混疊失真。本書將詳細介紹不同采樣模式，如周期采樣、隨機采樣和窗口采樣，並分析它們在不同應用場景下的優劣。我們將深入研究采樣電路的設計，包括采樣保持電路（Sample-and-Hold Circuit）的結構和功能，以及其對采樣精度的影響。讀者將瞭解到如何根據信號特性選擇閤適的采樣率，並優化采樣電路的設計以獲得更精確的瞬時值。 量化（Quantization）：量化是將連續的模擬幅度映射到離散的數字值的過程。我們將詳細介紹量化誤差的産生，並深入分析不同量化位數（Resolution）對量化誤差的影響。書中會詳細講解均等量化和非均等量化（例如μ-law和A-law編碼），以及它們在音頻壓縮和語音通信中的應用。讀者將理解如何根據應用需求選擇閤適的量化位數，平衡精度和數據量。 編碼（Encoding）：編碼是將量化後的數字值轉換為特定的二進製碼字的過程。本書將詳細介紹各種常見的編碼格式，如二進製編碼、格雷碼（Gray Code）以及BCD碼。我們將重點分析不同編碼格式在數字係統中的應用特點，以及如何選擇最適閤特定應用的編碼方式。 在深入理解瞭采樣、量化和編碼的基本原理後，本書將進一步介紹各種主流的ADC架構，並對其進行詳細的分析和比較。 逐次逼近型ADC（Successive Approximation Register ADC, SAR ADC）：我們將深入剖析SAR ADC的工作流程，理解其如何通過一個數模轉換器（DAC）和一個比較器逐步逼近輸入模擬電壓的過程。我們將詳細分析SAR ADC的設計考慮因素，包括比較器精度、DAC分辨率和時鍾頻率對轉換速度和精度的影響。讀者將瞭解到SAR ADC的適用範圍，以及如何對其進行優化以滿足特定的性能指標。 雙斜率積分型ADC（Dual-Slope Integrating ADC）：本書將詳細講解雙斜率積分型ADC的工作原理，分析其如何通過對輸入信號進行積分和反嚮積分來測量電壓。我們將重點闡述雙斜率ADC的抗乾擾能力，並分析其在精密測量儀器中的優勢。讀者將瞭解到其工作流程以及影響其精度的關鍵因素。 流水綫型ADC（Pipeline ADC）：對於需要高采樣速率的應用，流水綫型ADC是不可或缺的選擇。我們將詳細介紹流水綫型ADC的多級結構，以及每一級如何進行放大、采樣和量化。本書將深入分析流水綫型ADC的設計挑戰，包括誤差纍積、時鍾抖動以及級間匹配問題。讀者將理解流水綫型ADC的並行處理優勢，以及如何設計和優化以實現高速率和高精度。 Σ-Δ（Sigma-Delta）ADC：Σ-Δ ADC以其高分辨率和良好的抗混疊性能而聞名。我們將詳細解析Σ-Δ調製器的工作原理，包括過采樣（Oversampling）和噪聲整形（Noise Shaping）技術。本書將深入分析數字濾波器在Σ-Δ ADC中的作用，以及如何設計和優化濾波器以實現卓越的信號質量。讀者將瞭解Σ-Δ ADC的優勢，特彆是在音頻和高精度傳感器應用中的錶現。 閃速型ADC（Flash ADC）：閃速型ADC以其極快的轉換速度而著稱。我們將詳細分析閃速ADC的並行比較結構，以及大量比較器和電阻梯的使用。本書將探討閃速ADC的設計權衡，包括功耗、芯片麵積和對組件精度的要求。讀者將瞭解閃速ADC在高速數據采集和通信係統中的關鍵作用。 除瞭對各種ADC架構的深入講解，本書還將重點關注ADC的性能指標及其選擇依據。我們將詳細闡述以下關鍵指標： 分辨率（Resolution）：ADC能夠區分的最小模擬電壓變化量，通常以比特（bit）為單位。 采樣速率（Sampling Rate）：ADC每秒可以進行的采樣次數，單位是赫茲（Hz）或兆赫茲（MHz）。 信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）：信號功率與噪聲功率的比值，反映瞭ADC的輸齣信號純淨度。 有效位數（Effective Number of Bits, ENOB）：衡量ADC在實際工作條件下所能達到的有效分辨率。 非綫性度（Non-linearity）：包括差分非綫性（Differential Non-linearity, DNL）和積分非綫性（Integral Non-linearity, INL），它們描述瞭ADC的實際輸齣與理想輸齣之間的偏差。 失真（Distortion）：包括諧波失真（Harmonic Distortion）和互調失真（Intermodulation Distortion），它們反映瞭ADC引入的信號頻率成分。 功耗（Power Consumption）：ADC在工作時消耗的電能，對於便攜式設備尤為重要。 本書將提供一套係統性的方法來指導讀者如何根據具體的應用需求，權衡這些性能指標，選擇最閤適的ADC型號。我們將通過大量的實際案例分析，展示不同應用場景下ADC的選擇策略，例如： 音頻處理：對動態範圍和信噪比有較高要求，Σ-Δ ADC或高分辨率SAR ADC是常見選擇。 視頻采集：需要極高的采樣速率，流水綫型ADC或閃速ADC是主流。 工業控製：對精度和穩定性要求較高，雙斜率積分型ADC或SAR ADC因其良好的綫性度和抗乾擾能力而受到青睞。 醫療設備：對精度、低噪聲和低功耗有極高要求，Σ-Δ ADC或SAR ADC是理想選擇。 通信係統：對采樣速率和動態範圍有嚴格要求，需要根據具體通信協議和頻率範圍來選擇閤適的ADC。 第二部分：讓數字信號重獲新生——數模轉換與信號生成 數字信號是計算機能夠理解和處理的語言，但許多現實世界的輸齣設備，如揚聲器、顯示屏、電機驅動等，都需要模擬信號纔能工作。因此，將數字信號轉換迴模擬信號，同樣是電子係統設計中不可或缺的一環。 本書的第二部分，將聚焦於數模轉換（Digital-to-Analog Conversion，DAC）。我們將從DAC的基本原理入手，詳細闡述其工作方式，以及如何將二進製數字代碼精確地轉換為模擬電壓或電流。 DAC的工作原理：我們將深入講解DAC是如何通過一係列電阻、電流源或電容網絡，根據輸入的數字碼生成對應的模擬輸齣。我們將分析不同DAC轉換技術，如電阻開關網絡（R-2R Ladder）、權電流DAC（Weighted Current DAC）和其他先進的結構。 DAC的性能指標：與ADC類似，DAC也有其關鍵的性能指標，包括分辨率、建立時間（Settling Time）、非綫性度、單調性（Monotonicity）等。我們將詳細解釋這些指標的含義，並探討它們對DAC輸齣信號質量的影響。 主流DAC架構：本書將介紹幾種主要的DAC架構，並分析其特點： 電阻開關網絡DAC：我們將詳細講解R-2R梯形網絡DAC的工作原理，分析其優點（如精度高、結構簡單）和局限性（如對電阻精度要求高）。 權電流DAC：我們將分析權電流DAC如何利用不同權重的電流源來生成模擬輸齣，以及其在集成電路設計中的優勢。 Σ-Δ DAC：與Σ-Δ ADC類似，Σ-Δ DAC利用過采樣和噪聲整形技術來實現高分辨率的模擬輸齣，在音頻和通用應用中非常流行。 刷新型DAC：我們將探討刷新型DAC的工作方式，以及其在顯示驅動和圖形生成等領域的應用。 在講解瞭DAC的基本原理和架構之後，本書將重點討論DAC的應用。我們將深入分析DAC在以下領域的實際應用： 音頻播放：DAC是數字音頻播放係統的核心組件，將數字音頻文件轉換為可聽的聲音信號。我們將探討不同DAC技術在音質上的差異，以及如何選擇閤適的DAC來獲得更好的聽覺體驗。 視頻顯示：在顯示屏驅動中，DAC負責將數字圖像信號轉換為模擬的亮度、色彩和時序信號，驅動像素發光。我們將分析DAC在視頻信號生成中的作用，以及如何滿足高分辨率和高刷新率的要求。 波形生成：DAC可以用來生成各種復雜的模擬波形，如正弦波、方波、三角波等，廣泛應用於信號源、測試設備和函數發生器中。我們將探討如何通過編程控製DAC來生成任意波形。 電機控製：在電機驅動係統中，DAC可以將數字控製信號轉換為模擬的電壓或電流，精確控製電機的轉速和扭矩。 傳感器激勵與信號調理：在一些需要精確模擬信號激勵的傳感器係統中，DAC可以提供穩定的激勵信號，並與ADC協同工作，完成數據的采集和處理。 第三部分：從理論到實踐——設計考量與係統集成 僅僅瞭解ADC和DAC的原理和性能指標是遠遠不夠的，真正的挑戰在於如何將這些器件有效地集成到實際的電子係統中，並優化整體的性能。本書的第三部分，將引導讀者從理論走嚮實踐，關注係統設計中的關鍵考量。 噪聲與乾擾：在模擬信號鏈中，噪聲和乾擾是無處不在的敵人，它們會嚴重影響信號的精度和係統的可靠性。我們將深入探討各種噪聲源（如熱噪聲、散粒噪聲、電源噪聲）的産生機製，以及如何通過閤理的PCB布局、屏蔽、濾波和接地技術來降低噪聲的影響。讀者將學習到如何設計低噪聲模擬前端，確保ADC能夠準確地捕捉微弱的信號。 電源設計：ADC和DAC對電源的質量非常敏感。我們將詳細講解如何設計乾淨、穩定的電源，包括使用低噪聲綫性穩壓器（LDO）、開關穩壓器（Switching Regulator）的濾波技術，以及電源去耦（Decoupling）的重要性。我們將強調不同電源軌的隔離設計，以避免數字電路的噪聲耦閤到模擬電路。 信號調理：在將模擬信號輸入ADC之前，通常需要進行信號調理，包括放大、濾波、偏置等。我們將深入講解各種模擬信號調理電路的設計，如運算放大器（Op-Amp）的應用、低通/高通/帶通濾波器（Filter）的設計，以及如何根據信號特性選擇閤適的調理方案。 時鍾係統：ADC和DAC的性能與時鍾信號的質量密切相關。我們將詳細討論時鍾抖動（Clock Jitter）對ADC采樣精度的影響，以及如何選擇低抖動時鍾源，並進行有效的時鍾信號分配。 PCB布局與布綫：PCB布局是決定電路性能的關鍵因素之一。我們將提供一係列關於ADC和DAC在PCB布局上的最佳實踐，包括信號路徑的優化、地綫的處理、電源的分配以及模擬和數字部分的隔離。我們將通過實際的布局案例，展示如何避免信號串擾和接地迴流問題。 嵌入式係統集成：本書將探討ADC和DAC在嵌入式係統中的集成，包括與微控製器（Microcontroller, MCU）或其他SoC（System on Chip）的接口方式，如SPI、I2C、並行接口等。我們將講解如何編寫驅動程序，配置ADC/DAC的工作模式，以及如何進行數據采集和處理。 仿真與驗證：在實際硬件開發之前，通過仿真來驗證設計是至關重要的。我們將介紹常用的電路仿真工具，並演示如何使用這些工具來模擬ADC/DAC的性能，預測潛在的問題，並優化設計。 功耗優化：在電池供電的便攜式設備中，功耗優化是設計的重要考量。我們將探討如何通過選擇低功耗ADC/DAC、優化工作模式、采用間歇性工作等策略來降低功耗。 第四部分：前沿探索與未來展望 隨著電子技術的飛速發展，ADC和DAC技術也在不斷創新和進步。本書的最後一部分，將帶領讀者探索一些前沿的技術和未來的發展趨勢。 高性能ADC/DAC：我們將介紹一些正在發展的ADC/DAC技術，例如更高分辨率、更高采樣速率、更低功耗以及更強的集成度的ADC/DAC。 軟件定義無綫電（SDR）中的ADC/DAC：SDR技術依賴於高性能的ADC/DAC來處理大帶寬的射頻信號，我們將探討SDR對ADC/DAC的特殊要求。 人工智能與機器學習硬件：ADC/DAC在AI加速器和傳感器接口中扮演著重要角色，例如用於處理傳感器數據和訓練神經網絡的模擬計算。 物聯網（IoT）中的ADC/DAC：低功耗、高集成度和成本效益是IoT設備對ADC/DAC的關鍵需求，我們將探討相關技術的發展。 新型ADC/DAC架構：介紹一些正在研究和開發中的新型ADC/DAC架構，它們可能為未來的電子係統帶來顛覆性的變革。 結語 《電子工程師的實踐寶典：深入理解與靈活運用》旨在成為一本實用性強、信息量大、內容全麵的參考書。它不僅僅是理論知識的堆砌，更是將理論與實踐緊密結閤的典範。通過本書的學習，讀者將能夠： 深刻理解ADC和DAC的工作原理：掌握信號數字化的核心技術。 熟練評估和選擇閤適的ADC/DAC器件：能夠根據應用需求做齣明智的決策。 掌握ADC/DAC在實際係統中的設計與集成技巧：避免常見的工程陷阱，提升設計成功率。 洞察ADC/DAC技術的發展趨勢：為未來的技術學習和創新奠定基礎。 無論您是初入電子設計領域的學生，還是經驗豐富的資深工程師，本書都將是您在數字與模擬世界之間搭建橋梁，實現“活學活用”的寶貴財富。讓我們一起探索電子技術的無限可能，用智慧和實踐創造更美好的未來！

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格，給我的感受是那種非常直接、不拐彎抹角的“工程師式”的溝通方式。它極少使用華麗的辭藻或文學化的比喻，而是以一種近乎指令性的清晰和精確來闡述問題。當我遇到一些非常棘手的、涉及到時序和觸發機製的復雜概念時，往往需要反復閱讀幾遍，但一旦理解瞭作者構建的邏輯框架，那種豁然開朗的感覺是非常強烈的。最讓我印象深刻的是，書中關於係統校準和自檢功能的描述部分，作者似乎非常強調工程實踐中的“魯棒性”（Robustness）。他不僅告訴你如何設計一個高精度的係統，更重要的是，他教你如何設計一個“能自我診斷”的係統，如何通過軟件和硬件結閤的方式，確保係統在長期運行或環境變化下依然能維持其性能指標。這種對可靠性的執著關注，體現瞭作者深厚的行業經驗，讓這本書不僅僅是一本關於理論和設計的指導手冊，更像是一本融閤瞭多年血淚教訓的“工程規範指南”，對於追求産品穩定性和長壽命的工程師而言，這是無價的財富。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我帶著一種對“工程實踐智慧”的渴求來閱讀這本書的。很多理論書籍在講解完原理之後，往往就戛然而止，留給工程師自己去麵對電路闆上實際的串擾、地綫設計和電源紋波這些“髒活纍活”。而這本書的特彆之處，或者說我感受到的價值點，在於它似乎非常強調係統層麵的優化。它沒有止步於ADC芯片本身的規格，而是花瞭相當大的篇幅去討論前端模擬信號調理電路的設計，比如如何選擇閤適的濾波器來匹配ADC的輸入帶寬，如何處理共模抑製問題，甚至還觸及瞭數字域的後處理技術，比如如何用軟件算法來彌補硬件上的不足。這種“一站式”的思維路徑，對我這種需要負責端到端數據采集鏈的研發人員來說，是極其寶貴的。它讓我意識到，單純追求一個“高位寬”的ADC芯片是不夠的，整個信號路徑的每一個環節都可能成為最終精度的瓶頸。這本書真正傳授的，是如何構建一個“協同工作”的測量係統，而不是孤立地看待某一個元器件。

評分☆☆☆☆☆

我是一個對曆史脈絡和技術演進很感興趣的讀者，所以閱讀過程中，我留意瞭作者是如何組織不同技術路綫的介紹的。這本書似乎非常公正地評估瞭不同A/D轉換技術在特定曆史階段的優勢和局限性。例如，在討論Flash ADC時，它詳細解析瞭其速度的極限是如何受限於開關管延遲和邏輯單元數量的，同時也非常坦誠地指齣瞭其在功耗和麵積上的巨大劣勢。而在介紹新型的流水綫（Pipelined）結構時，作者巧妙地將前代技術的不足作為引子，自然而然地過渡到新技術的巧妙摺衷方案。這種敘事結構，讓讀者在學習具體技術細節的同時，也能對整個A/D轉換領域的技術發展軌跡有一個宏觀的把握。它不僅僅是“如何做”，更像是“為什麼會變成現在這樣”，這種曆史感和全局觀，讓枯燥的技術學習過程多瞭一份對前人智慧的敬意，也更有利於我們在麵對未來新技術時，能夠快速定位其在技術譜係中的位置和潛力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖設計，給我的第一印象是相當的“老派”與“嚴謹”。它似乎更偏嚮於傳統教科書的風格，信息密度非常高，幾乎沒有多餘的裝飾性的圖文。對於習慣瞭現在很多技術書籍那種“大圖、少字”風格的讀者來說，初看可能會覺得有點吃力，需要靜下心來仔細研讀每一個段落。但是，一旦你沉浸進去，就會發現這種嚴謹背後隱藏著作者對知識體係構建的深厚功力。它不是那種隻介紹“是什麼”的書，而是花費瞭大量篇幅去解釋“為什麼會是這樣”，尤其是在對特定轉換架構的數學模型推導上，看得齣作者下瞭真功夫。我特彆欣賞作者在處理諸如量化誤差、積分非綫性度（INL）和微分非綫性度（DNL）這些核心指標時所采用的層次感——先給概念，再給公式，最後緊接著就是實際測量或仿真時需要注意的陷阱。這種步步為營的講解方式，讓原本抽象的指標變得清晰可見，仿佛作者正坐在你身邊，手把手地教你如何“看懂”數據手冊上的那些密密麻麻的參數列錶。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《活學活用A/D轉換器》時，我其實是抱著一種既期待又有點忐忑的心情。我不是科班齣身的電子工程師，但因為工作需要，經常要跟各種傳感器和數據采集打交道，而A/D轉換，無疑是整個流程中一個既關鍵又容易齣問題的環節。我希望這本書能真正做到“活學活用”，而不是那種晦澀難懂的純理論堆砌。翻開目錄，看到從最基礎的采樣定理講起，到各種不同架構ADC（比如SAR、Delta-Sigma）的深入剖析，這套路看起來還算紮實。最吸引我的是它似乎在強調實踐操作，很多章節後麵似乎都配有實際的電路設計案例和代碼示例，這對於我這種需要快速上手解決實際問題的人來說，簡直是福音。我尤其關注瞭關於噪聲抑製和高精度測量的章節，感覺作者沒有避開這些實際應用中的“硬骨頭”，而是深入淺齣地提供瞭解決方案的思路，而不是簡單的公式羅列。這本書如果能真正幫我理清不同應用場景下選擇何種ADC的最佳策略，並且能指導我如何進行係統的誤差分析和校準，那麼它對於我來說，價值就遠遠超過瞭書本本身的定價。我期待它能成為我工作颱上那本隨時可以翻閱的“工具書”，而不是束之高閣的“參考書”。