DA与AD转换

单击此处编辑母版标题样式,信息科学技术学院,Digital Electronics Technology,*,D/A与A/D转换仿真,6.4.1模拟量/数字量转换概述,1. 模-数转换,定义：,模拟信号到数字信号的转换称为模-数转换，或称为A/D（Analog to Digital）。,把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（Analog Digital Converter ADC）。,2. 数-模转换,定义：,模拟信号到数字信号的转换称为模数转换，或称为A/D（Analog to Digital）,把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（ Digital Analog Converter DAC）。,典型数字控制系统框图,6.4.1概述,DAC,网络DAC权电阻,倒梯形电阻网络DAC,ADC,直接ADC,间接ADC,权电流型DAC,权电容型DAC,开关树型DAC,输入/输出方式,并行,串行,6.4.1概述,3. 分类,6.4.2 D/A转换器,1. 权电阻型D/A转换器,模拟开关，受,D,i,控制。,D,i,=1时，模拟开关左拨；,D,i,=0时，模拟开关右拨。,权电阻网络,求和放大器,MSB,LSB,运算放大器总的输入电流为,运算放大器的输出电压为,若,R,F,=1/2,R,，代入上式后则得,6.4.2 D/A转换器,输出电压正比于输入的数字量,D,=,D,n-,1,D,n-,2,D,1,=,D,0，,从而实现了从数字量到模拟量的转换。,当,D,=,D,n,-1,D,0,=0时,u,o,=0,因而,u,o,的变化范围是：,当,D,=,D,n,-1,D,0,=111时， 最大输出电压,：,电路简单，器件少。但精度由电阻的精度定，此电路中阻值差别大，对集成不利。,特点：,6.4.2 D/A转换器,自学内容：,双级权电阻网络D/A转换器,D,i,=1，S,i,将电阻接到运放反向输入端,D,i,=0，S,i,将电阻接到运放同向输入端,都是虚地，各支路电流不会变化,6.4.2 D/A转换器,2. 倒T形电阻网络D/A转换器,流入2R支路的电流是依2的倍速递减。,流入运算放大器的电流为：,6.4.2 D/A转换器,运算放大器的输出电压为：,若,R,F,=,R,，并将,I,=,U,R,/R代入上式， 则有,可见，输出模拟电压正比于数字量的输入。,6.4.2 D/A转换器,3.八位集成DAC0832,（1）引脚排列图,6.4.2 D/A转换器,（2）内部结构图,6.4.2 D/A转换器,（3） DAC0832的三种工作方式（1）,6.4.2 D/A转换器,（3） DAC0832的三种工作方式（2）,6.4.2 D/A转换器,（3） DAC0832的三种工作方式（3）,由于模拟量时间和（或）数值上是连续的，而数字量在时间和数值上都是离散的，所以转换时要在时间上对模拟信号离散化（采样），还要在数值上离散化（量化），一般步骤为：,采样,保持,量化,编码,6.4.3 A / D转换器,1. A/D转换器的基本原理,（1） 采样定理,模拟信号,采样信号,取样频率,f,S,必须大于等于输入模拟信号包含的最高频率,f,max,的两倍，即：,6.4.3 A / D转换器,（2） 量化和编码,量化：,将采样电压转化为数字量最小数量单位的整数倍的过程。,用,表示,编码：,将量化结果用代码表示出来。,量化误差：,由于模拟量不一定能被,整除。,6.4.3 A / D转换器,例如：,要将0,1V的模拟电压转换为三位二进制代码。,方法1：,取,1/8 V，0 1/8 V 的电压以0 表示，则：,模拟电压,二进制编码,代表的模拟电压电平,可见量化误差最大达,=,1/8 V。,6.4.3 A / D转换器,方法2：,取,2/15 V，0 1/15 V 的电压以0 表示，则,模拟电压,二进制编码,代表的模拟电压电平,可见量化误差最大达,/2=,1/15 V。,6.4.3 A / D转换器,MOS管，做模拟开关,采样控制信号,保持电容,采样输出波形,（3）采样保持电路,6.4.3 A / D转换器,（1） 并联比较型A/D转换器,6.4.3 A / D转换器,1. 直接A/D转换器,寄存器：,由七个D触发器构成。在时钟脉冲,CP,的作用下，将比较结果暂时寄存，以供编码用。,编码器：,由六个与非门构成。将比较器送来的七位二进制码转换成三位二进制代码,D,2,、,D,1,、,D,0,。编码网络的逻辑关系为,：,6.4.3 A / D转换器,并联型A/D转换器的转换关系,6.4.3 A / D转换器,例如：,假设模拟输入,U,IN,=3.8V，,U,R,=8V。当模拟输入,U,IN,=3.8V加到各级比较器时，由于,因此，比较器的输出,C,6,C,0,为0001111。在时钟脉冲作用下，比较器的输出存入寄存器，经编码网络输出A/D转换结果：,D,2,D,1,D,0,=100。,优点：,转换速度很快。,缺点：,电路复杂，转换精度较低。,6.4.3 A / D转换器,（2）反馈比较型A/D转换器,6.4.3 A / D转换器,（3）逐次渐进型A/D转换器,6.4.3 A / D转换器,（1）双积分型A/D转换器,6.4.3 A / D转换器,2. 间接A/D转换器,积分器：,输入端接开关S，S受触发器F,n,的控制。,当,Q,n,=0,时，,S,接输入电压,+,U,i,，,积分器对输入信号电压,+,U,i,（,正极性）积分（正向积分）。,当,Q,n,=1,时，,S,接基准电压,-,U,R,（,负极性），积分器对基准电压,-,U,R,积分（负向积分）。,积分器输出,U,o,接零值比较器。,6.4.3 A / D转换器,零值比较器：,其输出,U,C,作为控制门,G,的门控信号。 ,当积分器输出,U,o,0,时，比较器输出,U,C,=1,；,当积分器输出,U,o,0,时，比较器输出,U,C,=0,。,当零值比较器输出,U,C,=1,时，,G,门开，标准时钟脉冲通过,G,门加到计数器；,时钟控制门,G,：,当零值比较器输出,U,C,=0,时，,G,门关，标准时钟脉冲不能通过,G,门加到计数器，计数器停止计数。,6.4.3 A / D转换器,计数器：,由,n,+1个触发器构成，,F,n,-1,F,1,F,0,构成,n,位二进制计数器，,F,n,实现对,S,的控制。,6.4.3 A / D转换器,电压波形,取样阶段：,其中,=,RC,为积分时间常数。,当+,U,i,为正极性不变常量时，,U,o,（,T,1,）值为：,6.4.3 A / D转换器,比较阶段：,开关转至-,U,R,后，积分器对基准电压进行负向积分，积分器输出为：,当,U,o,0 时，零值比较器输出,U,C,=0，G门关，计数器停止计数，完成一个转换周期。假设此时计数器已记录了,个脉冲， 则：,6.4.3 A / D转换器,（2）八位集成ADC0809,6.4.3 A / D转换器,引脚图,6.4.3 A / D转换器,内部结构图,（3）集成AD7520,6.4.3 A / D转换器,