数模与模数转换器课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数模与模数转换器,数模与模数转换器数模与模数转换器,0,0,1,1,1、倒T型电阻网络D/A转换器,（1）结构原理,R-2R电阻网,电子开关,数字输入,权电流,9.,1 D/A转换器,（3）运算放大器的输出电压,（2）输出电流,运放的输出电压,若,R,f,=,R,则有,（4）推广到一般，输出电流,模拟输出电压U,o,只与数字量有关,D/A,转换。,（5）转换精度问题,由运放的输出电压一般表达式,1）R-2R网络精度问题,2）电子开关导通时的内阻问题,制造时采用激光校准技术解决；,i、采用权电流型电路解决；,ii、采用把内阻归入2R电阻中解决；,3）参考电压V,REF,的精度，电阻R,f,的精度,用户自己解决。,2、权电流型D/A转换器,（1）结构原理,权电流源,一般表达式：,（2）运放输出电压,MSB,数字,量,LSB,模拟量,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,3、D/A转换器的输出方式,（1）单极性输出（8位）,输出极性取决与参考电压,极性。,+,I,Rf,D,0,D,1,D,n-1,V,REF,V,o,D/A,+,（2）反向输出,输出Vo的极性与参考电压V,REF,极性正好相反！,十进制数,2的补码,模拟,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,127,0,1,1,1,1,1,1,1,127,126,0,1,1,1,1,1,1,0,126,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-1,1,1,1,1,1,1,1,1,-1,-127,1,0,0,0,0,0,0,1,-127,-128,1,0,0,0,0,0,0,0,-128,（3）双极性输出,1,）,2的补码,正数：补码原码,负数：补码反码1,符号位,十进制数,偏移二进制码,模拟量,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,127,1,1,1,1,1,1,1,1,127,126,1,1,1,1,1,1,1,0,126,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,-1,0,1,1,1,1,1,1,1,-1,-127,0,0,0,0,0,0,0,1,-127,-128,0,0,0,0,0,0,0,0,-128,2,）,偏移二进制码,偏移二进制码D,双极性输出电路实现：,4 D/A,变换器的主要技术指标,一般,用输入数字量的有效位数来表示分辨率。,一、,分辨率,二、,线性度,通常用非线性误差的大小表示D/A 变换器的线性度。把偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义 为非线性误差。,三、,输出电压(电流)的建立时间,D/A转换的速度，例如：1次/1us,5、8位 D/A,转换器 DAC 0832及其应用,D/A,变换器集成电路有多种型号。下面仅以,DAC0832,为例来介绍集成电路D/A变换器。,它是八位的D/A变换器,即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。,DAC 0832 简化电路框图,八位,寄存器,(1),输入,八位,寄存器,(2),输入,八位,变换器,U,R,R,fb,I,out1,I,out2,AGND,V,CC,u,o,DGND,&,ILE,CS,WR,1,WR,2,XFER,A/D,D,7,D,0,.,.,.,.,.,.,1,1,DAC 0832 管脚图,CS,WR,1,WR,2,AGND,D,4,D,5,D,6,D,7,D,0,D,1,D,2,D,3,U,CC,U,R,R,f,b,DGND,ILE,XFER,I,out2,I,out1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,CS,：片选端,WR,1,、,WR,2,：写入端,D,7,-D,0,：数据输入端,XFER,：转移控制端,ILE,：锁存使能端,I,out2,I,out1,：电流输出端,U,R,：,参考电压端,R,f b,：,内部反馈电,阻输出端,功 能,数据,D,7,-D,0,输入到寄存器1,数据由寄存器1转送寄存器2,从输出端取,模拟量,控 制 条 件,CS,ILE,WR,1,WR,2,XFER,说 明,0,1,WR,1,=0时存入数据,WR,1,=1时锁定,WR,2,=0时存入数据,WR,2,=1时锁定,0,无控制信号，,随时可取,DAC0832 功 能 表,例1.DAC的连接工作,例2 集成DAC应用,可编程电源,1ADC的组成,9,.,2 A/D转换器,(1)采样保持,采样：就是将一个,连续,变化的,模拟,量在时间轴上,离散,化。,保持：采样结果存储起来，直到下次采样。采样器和保持电路一起总称为,采样保持,电路。,C,u,I,T,CP,s,A,（2）采样保持示意图,（3）采样保持电路图,CP,s,的频率（采样频率）,f,s,必须满足：fs2f,imax,这样才能将采样保持后的 不失真地恢复成输入电压 。,采样,：CPS=1，T导通，电容C充电，运放输出 跟踪输入电压,u,I,(,t,)。,保持,：CPS=0，T截止，电容C无路放电，运放输出 。,（4）量化编码,量化：,将介于两个离散电平之间的采样值，归并到这两个离散电平之一上。,编码：,将量化后的有限个整量值用,n,位一组数字代码来描述以形成数字量。,（5）量化方式和量化误差,只舍不入法,量化误差为：,S,(,量化单位,).,000,000,011,101,100,2)四舍五入法,量化误差为：S/2,000,001,100,110,100,A/D转换器分为：,并行比较型、逐次逼近型和双积分型,三种。,9.3 几种典型的A/D转换器,1、并行ADC工作原理,量化：,电阻串分压构成；,比较：,输入模拟电压,u,I,通过器与量化单位比较；,存储：,比较结果由D触发器存储；,数字量：,D触发器输出通过编码器形成数字量。,三位并行ADC转换真值表,对于,n,位输出二进制码，并行ADC就需要2,n,-1个比较器。并行ADC适用于速度要求很高，而输出位数较少的场合。,2、逐次逼近型ADC,逐次逼近：采用,对分搜索,策略，每次以剩余段的中间数与输入值比较。当该数小于输入时，留下；反之弃之。而后再取去,剩余段的中间数进行比较直至末位，以逼近值代替输入值。,(1)START和CP到达，时序分配器置数01111，使Q,3,Q,2,Q,1,Q,0,=1000，D/A输出,逐次逼近式ADC原理,0 1 1 1 1,1,0,0,0,若,（2）第2个CP到分配器输出10111，使Q,3,Q,0,=1100，D/A输出再与,u,I,比较，若,1 0 1 1 1,1 1 0 1 1,1,1,0,0,（3）第3个CP使分配器输出11011，使Q,3,Q,0,=1010，若,1,0,1,0,1 1 1 0 1,1 1 1 1 0,1 1 1 1 1,（4）第4个CP使分配器输出11101，使Q,3,Q,0,=1001，若,（5）第5个CP使分配器输出11110，使Q,3,Q,0,=1001，转换结束；,（6）第6个CP使分配器输出1111,1,，Q,3,Q,0,被打入D触发器，转换结果输出。,1,0,0,1,1,0,0,1,1 1 1 0 1,1 1 1 1 0,1 1 1 1 1,1,0,0,1,1,0,0,1,3、双积分ADC,1),采样阶段,：启动脉冲使,Q,n,=0，开关S与输入信号,u,I,连接,A/D转换开始。积分器对,u,I,进行反向积分。,u,A,0，比较器输出,U,C,=1，,G,门打开，,n,位二进制计数器从0开始计数。一直到,触发器Fn Fn-1 F0为：10,0，,开关S转接至基准电源UR，采样阶段结束。,2),比较阶段：,积分器对-,U,R,进行积分,代入上式得,求得,当,u,A,0时，过零比较器输出,U,C,=0，G门被封锁，计数器停止计数。假设此时计数器已记录了,N,个脉冲，则,N,9.4ADC的主要技术指标,1.分辨率,分辨率,指ADC对输入模拟信号的分辨能力。,分辨率,在最大输入电压一定时，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。,分辨率,输入最大值,例如，n8，（8位的ADC），Um5V，其分辨率为：,2.转换误差,转换误差:,表示ADC实际输出的数字量和理论值之间的差别，常用最低有效位的倍数表示。例如：转换误差,LSB/2，表示误差小于最低位的半个字。,3.转换速度,并行ADC,转换速度,最高,，八位二进制输出的单片ADC其转换时间在50ns内；,逐次逼近型,ADC转换速度,次之,，一般在10150,s；,双积分,式ADC转换速度,最慢,，转换时间约在几十毫秒至几百毫秒间。,实际应用中，应从系统总的位数、精度要求、输入模拟信号的范围及输入信号极性等方面综合考虑ADC的选用。,转换时间：,指ADC从转换启动，到输出端得到稳定的数据信号所经过的时间。,双积分A/D转换器实例-TC14433(M,C14433)3-1/2 Digit Analog-to-Digital Converters,GENERAL DESCRIPTION,(1)The TC14433 is a low power,high-performance,mono-lithic CMOS 3-1/2 digit A/D converter.The TC14433 com-bines both analog and digital circuits on a single IC,thus minimizing the number of external components.,(2)This dual-slope A/D converter provides automatic polarity and zero correction with the addition of two external resistors and two capacitors.,(3)The full-scale voltage range of this ratiometric IC extends from 199.9 millivolts to 1.999 volts.,(4)The TC14433 can operate over a wide range of power supply voltages,including batteries and standard 5-volt supplies.,PIN DESCRIPTIONS,FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAM,千位,百位,十位,十位,谢谢大家！,