【教学课件】第九章数模和模数转换.ppt
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1、1,第九章 数模和模数转换,第一节 概述,数模转换:将数字量(Digital)转换为模拟量(Analog)。简称D/A 转换。,模数转换:将模拟量(Analog)转换为数字量(Digital)。简称A/D转换。,被控对象,传感器,A/D转换器,计算机,D/A转换器,驱动电路,2,主要指标:转换精度;转换速度。,D/A转换器,权电阻网络D/A转换器,倒T型电阻网络D/A转换器,权电容网络D/A转换器,权电流型D/A转换器,开关树型D/A转换器,A/D转换器,直接转换型,并联比较型,反馈比较型,间接转换型,双积分型(VT变换型),VF变换型,计数型,逐次渐进型,分类:,3,一、权电阻网络D/A转换
2、器,第二节 D/A转换器,1.原理,由四部分组成:,权电阻网络;,求和放大器;,模拟开关;,参考电源;,权电阻网络,求和放大器,模拟开关,任务:求出输出模拟电压 与输入数字量d3d2d1d0间的关系。,2.特点:,1.电阻数量少,结构简单;,2.电阻种类多,差别大,不易集成。,Least Significant Bit,Most Significant Bit,输入数字量,输入数字量,4,二、倒T型电阻网络D/A转换器,1.原理:,电阻网络特点:,模拟开关Si不论接何位置,都相当于接地。,任意节点向左看的等效电阻皆为2R。,公式推导,5,倒T型,6,集成D/A转换器CB7520简介:(十位),
3、电路特点:,1.电阻种类少,便于集成;,2.开关切换时,各点电位不变。因此,速度快。,可外接反馈电阻R,需外接运放,模拟开关电路:,7,在权电阻网络D/A转换器和倒T型电阻网络D/A转换器中,若模拟开关不是理想开关,其导通电阻和导通压降将影响转换精度。权电流型D/A转换器可解决这一问题。,三、权电流型D/A转换器,恒流源如图。但电阻REi的种类多。因此,经常用倒T型电阻网络的分流作用来实现。,8,9,双极型电路;8位数字量输入;,外接求和放大器;,外接电阻。,则:,输入数字量,此时,输出模拟电压范围为:09.96V。,权电流型集成数模转换器DAC0808简介,参考四位时的公式:,有:,10,带
4、符号数以补码形式给出。输出为正、负极性的模拟电压。,四、具有双极性输出的D/A转换器,当输入数字量是带符号数时,就需要双极性输出的D/A转换器。,当d2=1时,对应输出电压为4V。,IB应等于I/2,因此:,三位DAC的输出,11,五、D/A转换器的转换精度与转换速度,(一)转换精度,通常用分辨率和转换误差来描述。,1.分辨率:输出模拟电压应能区分02n-1共2n个输入数字量。,表示方法:,(1)用输入二进制数的位数表示;如8位。,(2)用输出模拟电压的最小值与最大值的比值表示。,该比值显然等于:,12,由于电路各部分都有误差,还要给出误差来表示实际能达到的转换精度。,转换误差有时也称为线性误
5、差。它表示实际的D/A转换特性和理想转换特性之间的最大偏差。,转换误差的表示形式:,(1)最低有效位的倍数。如:1LSB。,(2)输出电压满刻度FSR(Full Scale Range)的百分数。如:0.1FSR。,2.转换误差:,13,3.转换误差分析,D/A转换器的四个组成部分,均可引起转换误差。但具有不同的特点。,(1)参考电源引起的误差称为比例系数误差。,(2)运放零点漂移引起的误差称为漂移误差或平移误差。,14,(3)模拟开关的导通内阻和导通压降以及电阻网络中电阻的偏差引起的误差称为非线性误差。,非线性误差有时导致转换特性局部非单调性,从而引起系统不稳定。,注意:运放和参考电源多为外
6、接,电阻网络和模拟开关在集成DAC内部。,15,例:在10位倒T型电阻网络DAC中,VREF=-10V。为保证VREF偏离标准值所引起的误差小于1/2LSB,计算VREF相对稳定度应取多少?,解:,1.计算1/2LSB:,当输入数字量D=1时,输出电压为LSB。故:,2.计算当VREF变化量为 时所引起的输出变化 量的最大值:,而:,即:,=0.05%,这里VREF=10V,允许的参考电源变化量小于5mV,输入数字量的最大值,16,(二)转换速度,用完成一次转换所需的时间建立时间tset来衡量。,建立时间:从输入信号变化开始到输出电压进入与稳态值相差 1/2LSB范围以内的时间。,输入信号由全
7、0变为全1所需时间最长。,不包含运放的DAC建立时间可达0.1。,当外接运放时,转换时间还应加上运放的上升(下降)时间。,转换时间,建立时间,输出模拟电压最大值,运放输出转换速率,17,第三节 A/D转换器,一、A/D转换的基本原理,在A/D转换器中,由于输入模拟信号在时间上是连续的,而输出数字信号是离散的,所以转换只能在一系列选定的瞬间对输入模拟信号采样,然后再把这些采样值转换成输出数字量。,A/D转换的基本步骤:,采样(取样);,保持;,量化;,编码。,由取样保持电路完成,由A/D转换电路完成,取样,保持,18,1.取样、保持,取样定理:为保证从取样信号恢复被取样信号,必须满足,取样信号频
8、率,在实际的取样保持电路中有一个取样控制信号,它的频率就是取样信号频率。,取样定理又称为香农定理(Shannon)。,下面通过取样信号的幅频特性与滤波器的幅频特性的关系说明取样定理。,输入信号最高频率,19,为低电平时,T截止。取样电容CH上的电荷无泄放回路,将保持。,取样保持电路,取样电路输出信号的幅频特性,滤波器的幅频特性,显然要满足,为高电平时,场效应管T导通,进行取样,电路缺点:输入电阻RI过大会降低取样速度;过小又加重信号源负载。,改进方法:在输入端加隔离放大器。,下面通过集成取样保持电路LF198介绍改进的取样保持电路。,此时无法用滤波器恢复输入波形,20,集成取样保持电路LF19
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- 教学课件 教学 课件 第九 数模 转换
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