数字电子技术基础(第11章).ppt

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1、第 十一 章,数模和模数转换,教学内容,11.1 概述11.2 D/A转换器11.3 A/D转换器,教学要求,1、掌握DAC和ADC的定义及应用；2、了解DAC的组成、倒T型电阻网络、集成D/A转换器、转换精度及转换速度；3、了解ADC组成、逐次逼近型A/D转换器、积分型A/D转换器、转换精度及转换速度。,11.1 概述,模数转换（A/D转换）：将模拟信号转换为数字信号。实现A/D转换的电路称为A/D转换器，简写为ADC(Analog-Digital Converter),数模转换（D/A转换）：将数字信号转换为模拟信号。实现D/A转换的电路称为D/A转换器，简写为DAC(Digital-An

2、alog Converter),例如：对于0 5V的直流电压，计算机用8位数字量来描述时：最小值（00000000）B=0对应0V，最大值（11111111）B=255 对应 5V，中间值（01111111）B=127 对应2.5V 等 D/A的任务是接收到一个数字量后，给出一个相应的电压。比如收到（00111111）B，应给出幅度为1.25V 的电压。(64/255)*5V=1.25V,11.2 D/A转换器,将数字信号转换为模拟信号的电路。,电阻网络,模拟电子开关,求和放大器,参考电压,一、权电阻网络D/A转换器,集成运放通过RF接入负反馈，有虚短，V-V+=0,取RF=R/2,n位权电阻

3、网络D/A转换器，当反馈电阻取为R/2时，输出电压的计算公式：,输出电压的变化范围:,优点：结构简单，所用的电阻元件数很少。,缺点：各电阻的阻值相差较大，不能保证有很高的精度。,二、倒T形电阻网络D/A转换器,电阻网络,模拟电子开关,求和放大器,由于V-V+=0,所以开关S合到哪一边，都相当于接到了“地”电位，流过每条电路的电流始终不变。可等效为：,取RF=R,n位输入的倒T形电阻网络D/A转换器，当反馈电阻取为R时，输出电压的计算公式：,优点：（1）只有R和2R两种阻值的电阻，可达到较高的精度；（2）各支路电流恒定不变，在开关状态变化时，不需电流建立时间，所以电路转换速度高，使用广泛。,CB

4、7520电路原理图,三、权电流型D/A转换器,恒流源,恒流源模型：,只要电路工作时保证VB和VEE稳定不变，则三极管的集电极电流即可保持恒定，不受开关内阻的影响。,为减少电阻阻值的种类，在实用的权电流型D/A转换器中，经常利用倒T形电阻网络的分流作用产生一组所需的恒流源。,按比例加大发射结的面积,DAC0808电路结构框图,已知VREF=10V,四、具有双极性输出的D/A转换器,五、D/A转换器的主要参数,（1）分辨率：D/A转换器理论上可达到的精度。,1.D/A转换器的转换精度,分辨率也可用D/A转换器能够分辨出来的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为：,分辨

5、率可以用输入二进制数码的位数给出。,（2）转换误差：D/A转换器实际上能达到的转换精度。可以用输出电压满刻度值的百分数表示，也可用最低位有效值的倍数表示。,如：转换误差为0.5LSB，表示输出模拟电压的绝对误差等于当输入数字量的LSB1时，其余各位均为0时输出模拟电压的一半。,转换误差可分为静态误差和动态误差。产生静态误差的原因是基准电源不稳定、运放的零点漂移、模拟开关导通时的内阻和压降及电阻网络中阻值的偏差等；动态误差则是在转换的动态过程中产生的附加误差。,（1）建立时间tset：指输入数字量各位由全0变为全1或由全1变为全0时,输出电压达到某一规定值所需要的时间。通常建立时间在100 ns

6、 几十s之间。,2.D/A转换器的转换速度,（2）转换速率SR：指输入数字量各位由全0变为全1或由全1变为全0时，输出电压的变化率。,11.3 AD转换器,0 5V,0000000011111111,一、A/D转换的基本原理,取样保持,取样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程，就是把随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、在幅度上等于取样时间内模拟信号大小的一串脉冲。,取样定理：fs2fi(max),输入模拟信号的最高频率分量的频率,取样频率,量化编码,将取样保持电路的输出电压，按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上，这一转化过程称为数值量化，简称量化。,量化后的数值最后还须通过编码过程用

7、一个代码表示出来，这一过程称为编码。,最大量化误差为，即18V,最大量化误差为1/2，即115V,取,取,对双极性模拟电压的量化和编码,二进制补码的形式编码,二、直接A/D转换器,并联比较型,反馈比较型,逐次比较型AD转换器,其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：,转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为1000。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若uiuo，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若ui uo，说

8、明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。,三、间接A/D转换器,双积分型,又称为电压时间变换型（VT变换型）,首先使积分电容C完全放电。,固定时间积分,反方向积分,第一步，对输入模拟电压进行固定时间T1积分;第二步，对基准电压进行反向积分，使电容放电，放光为止（即vo=0）。对反向放电时间计数，它与输入幅度成正比。,四、A/D转换器的主要参数,A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为05V，输出10位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2104.88mV。,(1)分辨率：,1.A/D转换器的转换精度,（2）转换误差 通常以输出误差最大值的形式给出，一般多以最低有效位的倍数给出。有时也用满量程输出的百分数给出转换误差。,2.A/D转换器的转换速度,转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到模拟输入信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。,课 程 结 束,