资源描述
单击此处编辑母版标题样式abcd,单击此处编辑母版文本样式abvd,第二级,第三级,第四级,第五级,*,8,.1 D/A转换器,8,.2 A/D转换器,8,模数与数模转换器,如何实现数,/,模转换？,数,/,模转换器的典型电路结构有哪几种类型？各有什么使用特点？,如何实现数,/,模转换器的双极性输出？,直接型模,/,数转换器的转换过程包括哪些环节？,模,/,数转换器的典型电路结构有哪些？各有什么优缺点？,数,/,模转换器和模,/,数转换器的主要技术指标有哪些？,本章要点,A/D,转换器,D/A,转换器,模拟,控制器,工业生产过程控制对象,模,拟,传感器,典型的计算机测控系统结构框图,将温度、压力、流量、应力等物理量转换为模拟电量。,计算机进行数字处理（如计算、滤波）、保存等,用模拟量作为控制信号,数字,计算机,8.1 D/A,转换器,8.1.1 D/A,转换的基本原理,8.1.2 倒T形电阻网络D/A转换器,8.1.4 D/A转换器的输出方式,8.1.3 权电流D/A转换器,8.1.5 D/A转换器的主要技术指标,8.1.6 集成D/A转换器及其应用,将数字量转换为与之成正比模拟量。,n位,数字量,DAC,8.1 D/A,转换器,模拟量,1、数,/,模转换器:,A,=,K D,O,=,K N,B,数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后，将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，从而实现数字量-模拟量的转换。,实现,D/A,转换的基本思想,N,D,b,4,2,4,b,3,2,3,b,2,2,2,b,1,2,1,b,0,2,0,12,4,12,3,02,2,02,1,12,0,将二进制数N,D,(11001),B,转换为十进制数。,8.1.1 D/A,转换的基本原理,D/A,转换器的组成:,n,位D/A转换器的组成框图,D/A,转换器的分类:,按解码网络结构分类,T型电阻网络DAC,倒T形电阻网络DAC,权电流DAC,权电阻网络DAC,按模拟电子开关电路分类,CMOS开关型DAC,双极型开关型DAC,电流开关型DAC,ECL电流开关型DAC,D/A 转换器,权电阻网络,实现,D/A,转换的原理电路,8.1.2 倒T形电阻网络D/A转换器,电阻网络,模拟电子开关,求和运算放大器,输出,模拟电压,输入4位二进制数,根据运放线性运用时虚地的概念可知，无论模拟开关S,i,处于,何种位置，与S,i,相连的2R电阻将接“地”或虚地,。,基准电压,电阻网络,模拟电子开关,求和运算放大器,D/A转换器的倒T形电阻网络,基准电源,V,REF,提供的总电流为：,I,=？,流过各开关支路的电流：,I,3,=？,I,2,=？,I,1,=？,I,0,=？,I/,4,I/,8,I/,16,R,R,R,R,I/,2,I/,4,I/,8,I/,16,I/,2,I,3,I,2,I,1,I,0,流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。,I,3,=,V,REF,/2,R,I,2,=,V,REF,/4,R,I,1,=,V,REF,/8,R,I,0,=,V,REF,/16,R,流入运放的总电流：,i,I,0,+,I,1,+,I,2,+,I,3,输出模拟电压：,8.1.3 权电流型,D/A转换器,在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。,8.1.3 权电流型,D/A转换器,8.1.4 D/A转换器的输出方式,8位D/A转换器在单极性输出时的输入/输出关系,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,模拟量,数字量,MSB LSB,常用双极性编,码,模拟量,2的补码,偏移二进制码,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,127,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,126,0,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,-1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,-127,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,-128,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,8.1.5 D/A转换器的主要技术指标,分辨率：其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。n位DAC最多有2,n,个模拟输出电压。位数越多D/A转换器的分辨率越高。,分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比给出。n位D/A转换器的分辨率可表示为,1、分辨率,2,、转换精度：,转换精度是指对给定的数字量，,D/A,转换器实际值与理论值之间的最大偏差。,产生原因：由于,D/A转换器,中各元件参数值存在误差，如基准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。,几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差和非线性误差等,3.转换速度,当D/A转换器输入的数字量发生变化时，输出的模拟量并不能立即达到所对应的量值，要延迟一段时间。通常用建立时间和转换速率来定量描述D/A转换器的转换速度。,(1)建立时间。建立时间指输入数字量发生变化时输出电压达到规定误差范围(一般为)所需要的时间。,8.1.6 集成D/A转换器及其应用,)DAC0808的电路结构框图,8.2.8 集成A/D转换器及其应用,8.2 A/D,转换器,8.2.1,A/D转换的一般工作过程,8.2.2,并行比较型A/D转换器,8,.2.3,逐次比较型A/D转换器,8.2.4 双积分式A/D转换器,8.2.5,V-F变换型A/D转换器,8.2.7 A/D转换器的主要技术指标,8.2.6,型A/D转换器,取样,时间上离散的信号,保持、量化,量值上也离散的信号,编码,模拟信号,时间上和量值上都连续,数字信号,时间上和量值上都离散,8.2.1,A/D转换的一般工作过程,A/D转换器一般要包括,取样，保持，量化及编码,4个过程,。,1.采样和保持,采样定理：,为了能从采样输出信号真实地复现模拟信号，采样信号必须有足够高的频率，即必须满足条件,采样保持电路的原理图及波形图,2.量化与编码,数字信号在数值上是离散的。采样,保持电路的输出电压还需按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上，任何数字量只能是某个最小数量单位的整数倍。,量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就是,A/D,转换器输出的数字量。,量化,3.编码,在量化过程中由于所采样电压不一定能被,整除，所以量化前后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差，用,表示。,量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/D转换器的位数越 多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。,两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。,4.量化误差：量化前的电压与量化后的电压差,5.量化方式,0,1,111,110,101,100,011,010,001,000,0,=0,v,7,=7/8,v,6,=6/8,v,5,=5/8,v,4,=4/8,v,3,=3/8,v,2,=2/8,v,1,=1/8,v,输入信号,编码,量化后,电压,a)只舍不入量化方式:量化中把不足一个量化单位的部分舍弃；,对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。,最大量化误差为：,最小量化单位,1/8V,=1LSB=,1/8,V,例：将01V电压转换为3位二进制代码,b)四舍五入量化方式:量化过程将不足半个量化单位部分舍弃，,对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。,最大量化误差为：,最小量化单位：,0,1,111,110,101,100,011,010,001,000,0,=0,v,7,=14/15,v,6,=12/15,v,5,=10/15,v,4,=8/15,v,3,=6/15,v,2,=4/15,v,1,=2/15,v,输入信号,编码,模拟,电平,=,1,LSB,=,2/15,V,1/15V,例：将01V电压转换为3位二进制代码,8.2.2 并行比较型A/D转换器,电压比较器,输入模拟电压,精密电阻网络,精密参考电压,输出数字量,所加砝码重量,结果,8.2.3,逐次比较型A/D转换器,逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似。,第一次,8 克,砝码总重 待测重量,W,x,，8克砝码保留,8 克,第二次,再加4克,砝码总重仍 待测重量,W,x,，2克砝码撤除,12 克,第四次,再加1克,砝码总重 待测重量,W,x,，1克砝码保留,13 克,所用砝码重量：8克、4克、2克和1克。,设待秤重量,Wx,=13克。,8.2.4 双积分式A/D转换器,对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。双积分式A/D转换器也称为电压时间数字式积分器,。,第一次积分阶段,：,第二次积分阶段,8.2.5 V-F变换型A/D转换器,电压-频率变换型A/D转换器(简称V-F变换型A/D转换器)也是一种间接型A/D转换器。其转换原理是：首先将输入的模拟电压信号转换成与之成比例的频率信号，然后在一个固定的时间间隔里对得到的频率信号进行计数，计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字量。,单片集成的V-F变换器一般采用电荷平衡式电路结构，又分为积分器型和定时器型两种常见的形式。,8.2.5 V-F变换型A/D转换器,8.2.6 型A/D转换器,D触发器输出,Q,为低电平，使参考电压,u,R接地，设输入信号,u,I=2V，差动放大器输出为-2V，积分器输出电压不断上升，使比较器输出为高电平，则在下一个时钟脉冲上升沿触发器输出状态为高电平，使参考电压2.56V接入差动放大器的同相端。,8.2.6 型A/D转换器,由于积分器电容两端的电荷处于平衡状态，充电电荷与放电电荷量相等,多次充放电，采用多次累加的方法，用多次放电周期之和与多次充放电周期之和的比值确定输入电压,1.转换精度,8.2.7 A/D转换器的主要技术指标,单片集成A/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。,分辨率,:,说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进制(或十进制)数的位数表示。,转换误差：,表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字,量之间的差别。,2.转换时间,指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关,并行比较,A/D,转换器的转换速度最高,逐次比较型,A/D,转换器次之,间接,A/D,转换器,(,如双积分,A/D),的速度最慢。,并行比较A/D转换器(8位）,逐次比较型A/D转换器,间接A/D转换器,1050,s,50ns,10ms1000ms,8.2.8 集成A/D转换器及其应用,8.2.8 集成A/D转换器及其应用,
展开阅读全文