数模转换器(DAC).ppt

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1、,15.1数模转换器（DAC）,本章小结,第十五章数模和模数转换器,15.2模数转换器（ADC）,T 型电阻 DAC,15.1数模转换器（DAC）,1电路组成,S0 S3：4个电子模拟开关，分别受输入的数字信号D0 D3 控制。,当 Di=0 时，开关 Si 切换到接地端；当 Di=1 时，开关接向基准电压 VREF。,2工作原理,（1）特点,从任一模拟开关 Si 到接地端或虚地 端的等效电阻为 3R。如图（b）所示。,从任一节点向左或向右到接地或虚地 端的等效电阻相等，其大小为 2R。,15.1数模转换器（DAC）,（2）基本原理,n 位二进制数每 1 位的权。一个 n 位二进制数可表示为，

2、D=dn-1dn-2d1d0,其最高有效位 MSB 到最低位有效位 LSB 的权位依次为 2n-1，2n-2，21，20。,每 1 位按权的大小转换成相应的模拟量。为了将数字量转换成模拟量，必须将二进制的每 1 位按权的大小转换成相应的模拟量。,将代表各位的模拟量再相加，这样就可以得到与该数字量成正比的模拟量。,15.1数模转换器（DAC）,（3）计算,模拟开关 Si 是接向基准电压 VREF，还是接向地端，受到输D3D2D1D0 入的二进制数码控制。,i 的一般表达式为：,15.1数模转换器（DAC）,输出电压 vo 为,输出模拟电压 vo 与输入数字量成正比，比例系数为-VREF/2n。,

3、对于 n 位 T 型网络 DAC，可推广为,15.1数模转换器（DAC）,例 15-1有一个 5 位 T 型电阻 DAC，VREF=10 V，Rf=3R，D4D3D2D1D0=11010，试求出输出电压 vO=？,解由上述公式可得,15.1数模转换器（DAC）,15.1.2倒 T 型电阻 DAC,1电路组成,15.1数模转换器（DAC）,2工作原理,基准电压 VREF 流出的电流 I 为,输出电压为vO：,输入数码为任意值时，i 的一般表达式为：,15.1数模转换器（DAC）,模数转换的基本原理,采样：就是对连续变化的模拟信号定时进行测量，抽取样值。通过采样，一个在时间上连续变化的模拟信号就转

4、换为随时间断续变化的脉冲信号。,1采样和保持,15.2模数转换器（ADC）,（2）采样过程,图（a）为一个受控的模拟开关，构成采样器。vS 到来时，V 导通，vO=vI,采样器在采样脉冲的控制下,把输入的模拟信号变换为脉冲信号，如图（b）所示。,15.2模数转换器（ADC）,15.2模数转换器（ADC）,（3）采样保持电路,为了便于量化和编码，需要将每次采样取得的样值暂存，保持不变，直到下一个采样脉冲的到来。这就要接一个保持电路。,2量化和编码,15.2模数转换器（ADC）,量化误差：采样后得到的样值不可能刚好是某个量化基准值，总会有一定的误差，这个误差称为量化误差。,量化：就是把采样电压转换

5、为以某个最小单位电压 的整数倍的过程。分成的等级称为量化级，称为量化单位。,编码：就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。,15.2模数转换器（ADC）,15.2.2并行比较型ADC,1电路组成,由电阻分压器、电压比较器及编码电路组成。,电阻分压器：确定量化电压。,编码器：对比较器的输出进行编码，然后输出二进制代码,电压比较器：用来确定采样电压的量化。,15.2模数转换器（ADC）,2工作原理,15.2模数转换器（ADC）,提供参考电压由 8 个大小相等的电阻串联构成电阻分压器，产生不同数值的参考电压，形成 共 7 种量化电平。,进行电压比较，输出数字量。7 个量化电平分别加在 7 个电压比较

6、器的反相输入端，模拟输入电压 vI 加在比较器的同相输入端。当 vI 大于或等于量化电平时，比较器输出为 1，否则输出为 0，电压比较器用来完成对采样电压的量化。,编码比较器的输出送到优先编码器进行编码，得到3 位二进制代码 D2D1D0。,15.2模数转换器（ADC）,15.2.3逐位比较型 ADC,1转换原理,逐位比较型 A/D 转换器的转换原理与天平称物的过程十分相似。,假设天平有 10 g、5 g、2.5 g、1.25 g 和 0.625 g 五种砝码，欲称一质量为 15.76 g 的物体，用天平称的过程是将砝码从大到小依次加入并与物重逐次比较：,比较结果为物重 砝码重的和，去掉加入的

7、这个砝码，记作 0。,比较结果为物重 砝码重的和，保留加入的这个砝码，记作 1。,15.2模数转换器（ADC）,这样，将所有的砝码比较一遍后，得到了用二进制代码表示的物体质量 11001。,所称的物体的质量为（10+5+0.625）g=15.625 g，与物体实际质量 15.76 g 相差 0.135 g。,砝码越多，用二进制表示物体质量的位数越多，误差就越小。,这种用已知砝码质量逐次与未知物体质量进行比较，使天平上砝码的总质量逐次逼近被称物体质量的方法，叫逐位比较法。,15.2模数转换器（ADC）,2电路框图与工作原理,15.2模数转换器（ADC）,15.2模数转换器（ADC）,（1）控制电路使数码寄存器的输出为 100，经 D/A 转换器变为相应的电压，送入比较器 C 与采样电压比较。若 vI vF，则将最高位的 1 保留，反之就清除，使最高位为 0。,（3）一直比较到最低位为止。这样，数码寄存器中的数码就是 A/D 转换后的数码。,（2）接着控制器将次高位置 1，再经 D/A 转换器变为相应的电压，送到比较器 C 与采样电压再比较，同样方法来决定该位为 1 还是 0。,本章小结,2模数转换器有并行比较型 ADC 和逐位比较型 ADC。,1数模转换器的功能是将数字信号转换为模拟信号。,