数电第十一章描述ppt课件

1,第十一章 数-模和模-数转换,11-1 概述,11-2 D/A转换器,11-3 A/D转换器,1,为了能够使用数字电路处理模拟信号， 必须把模拟信号转换成相应的数字信号， 才能送入数字系统（计算机）进行处理。 还经常需要把处理后的数字信号再转换成模拟信号， 作为最后的输出。,11.1 概述,2,D/A转换器：,A/D转换器：,Digital,Analog,转换精度 转换速度,从模拟信号到数字信号的转换，称为模数转换。,从数字信号到模拟信号的转换，称为数模转换。,主要指标,3,一、用途及要求,传感器,放大器,A/D 转换,微型计算机,控制 对象,D/A 转换,！精度 ！速度,电加热炉,热电偶,执行机构,4,二、分类,5,11.2 D/A转换器,D 111101,D/A,A(电压 或 电流) ？,6,各支路电流为:,11.2.1 权电阻网络D/A转换器,下页,返回,上页,电路结构和工作原理,7,取RF = R/2 ，整理得:,对n位权电阻网络D/A转换器取RF = R/2 ，得,下页,返回,上页,8,优点：结构比较简单，所用的电阻元件很少。 缺点：各个电阻的阻值相差较大，难于保证精度，且大电阻不宜于集成在IC内部。,下页,返回,上页,9,11.2.2 倒T形电阻网络DAC,希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流。,10,R,R,R,R,11,12,13,当VRFF=-8时得：,当VRFF=-10呢？,14,15,2. 转换误差（实际精度） 用最低有效位LSB的倍数来表示，例如1/2LSB。 有时也用输出电压满刻度FSR的百分数来表示输出电压误差绝对误差值的大小。,一、转换精度 1.分辨率（理论精度） 用输入数字量的二进制数码的位数n给出。 n位分辨率的DAC,应能输出0 2n-1 全部2n个不同的等级电压，能区分出输入代码从000到111全部 2n个不同的状态。 用D/A转换器能够分辨出的最小电压与最大电压之比给出。 n位DAC的分辨率可表示为1 /2n-1,11.2.7 DAC的转换精度与转换速度,DAC转换特性曲线,16,二、转换速度 通常用建立时间tset来定量描述D/A转换器的转换速度。,返回,下页,上页,建立时间tset的文字定义：见书524,17,D 111101,A/D,A(电压 或 电流)？,11.3 A/D转换器,输入连续变化电压，输出为不连续的数字量。,18,一、取样定理,11.3.1 A/D转换的基本原理,模拟信号,取样结果,取样信号必须有 足够高的频率,取样频率,vI最高频率,19,满足取样定理条件下， 可用低通滤波器将取样信号还原为输入模拟信号。,下页,返回,上页,20,二、量化和编码 1.量化：进行A/D转换时，将采样电压表示为最小数量单位（）的整数倍。 数字信号最低有效位LSB的1所代表的数量大小就等于。 2.编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二-十进制），这些代码是A/D转换的结果。 3.量化误差：当采样电压不能被整除时，将引入量化误差。,21,=1/8 V 最大量化误差为1 =1/8 V,=2/15 V 最大量化误差为1/2= 1/15 V,要将0-1V的模拟电压转换成3位二进制代码：方法一=1/8 V 方法二=2/15 V,22,11.3.2 取样-保持电路,！加大输入电阻 ！减小输出电阻 ！Av=1,23,24,11.3.3 并联比较型A/D转换器,并联比较型,量化,25,输入量化 编码,26,特点：,1、快，CLK触发信号到达到输出稳定建立只需几十纳秒。 2、精度，受参考电压、分压网络等因素影响。 3、有存储器，不需要S/H电路。 4、电路规模，n位需要2n-1个比较器和触发器。,27,11.3.4 反馈比较型A/D转换器,下页,返回,上页,1. 计数型A/D转换器,转换开始前先用复位信号将计数器置零， 而且转换信号应停留在vL=0的状态。,28,下页,返回,上页,当vL变为高电平时开始转换，计数器开始计数， vO不断增加。 当增至vO = vI时， vB=0将门封锁，计数器停止计数，这时计数器中所存的数字就是所求的输出数字信号。,这种方案的明显缺点是转换时间太长。,=1,！简单 ！慢,29,2. 逐次渐近型A/D转换器,下页,返回,上页,转换开始前先将寄存器清零，所以加给D/A转换器的数字量也全是0。,30,下页,返回,上页,转换控制信号vL变为高电平时开始转换，时钟信号首先将寄存器的最高位置成1，使寄存器的输出为10000。这个数字量被D/A转换器转换成相应的模拟电压vO，并送到比较器与输入信号vI进行比较。,31,逐次渐近型,！电路不太复杂 ！较快,32,1 0 0 0 0,3位：5个CLK N位: ( n+2)个CLK,33,11.3.5 双积分型A/D转换器,双积分型（V-T变换型） 先将V转换成 与之成正比的 时间宽度信号， 然后在这个时间 内用固定频率 脉冲计数。,34,11.3.6 V-F变换型A/D转换器,35,11.3.7 A/D转换器的转换精度与转换速度,单片集成的A/D转换器采用分辨率和转换误差来描述。 分辨率：以输出二进制或十进制的位数表示， 说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。 转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出， 表示实际输出的数字量和理论上应有 的输出数字量之间的差别，多以最低 有效位LSB的倍数给出。 有时也用满量程输出的百分数给出转换误差。,1. A/D转换器的转换精度,36,A/D转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型， 不同类型的A/D转换器的转换速度相差悬殊。 并联比较型A/D转换器的转换速度最快。 逐次渐近型A/D转换器的转换速度次之。 间接A/D转换器的转换速度要低得多了。 高速A/D转换器应将取样-保持电路的获取时间 计入转换时间之内。,2. A/D转换器的转换速度,返回,下页,上页,37,并联比较型：1微秒，最快 逐次渐近型：10100微秒/次 双积分型：几十毫秒/次，最慢,38,结 束,39,