阎石 数字电子技术基础 第11章 山东大学.ppt

* 第十一章 数-模（D/A）和模-数（A/D）转换 11.1 概述 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。 从模拟信号到数字信号的转换称为模–数转换，简称A/D转换（Analog to Digital）。将实现A/D转换的电路称为A/D转换器。 从数字信号到模拟信号的转换称为数–模转换，简称D/A转换（Digital to Analog） 。将实现D/A转换的电路称为D/A转换器。 转换精度和转换速度是衡量A/D转换器和D/A转换器性能优劣的主要指标。 分类： 11.2 D/A转换器 11.2.1 权电阻网络D/A转换器 d3、d2、d1、d0控制模拟开关S3、S2、S1、S0，di为1时，Si接VREF，支路有电流， di为0时，Si接地，支路无电流。 优缺点： 1. 优点：简单 2. 缺点：电阻值相差大，难于保证精度，且大电阻不宜于集成在IC内部 11.2.7 DAC的转换精度与转换速度 一、转换精度 在D/A转换器中常用分辨率和转换误差来描述转换精度。 分辨率： 用输入二进制数码的位数给出。 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。 分辨率反映了在理论上可达到的精度。 转换误差： 实际D/A转换特性和理想D/A转换特性间的最大偏差。 转换误差主要由VREF的波动，运放的零点漂移，模拟开关的导通内阻和导通压降，电阻网络的电阻阻值偏差引起。 一般用最低有效位的倍数表示。如1/2LSB 也可用输出电压满刻度值的百分数表示， 如0.05% 表示方法： 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。 tset vo t o 稳态值 11.3 A/D转换器 11.3.1 A/D转换的基本原理 输入的模拟量在时间上连续变化，而输出的数字信号是离散的，必须对模拟信号在一系列选定的瞬间采样，再把这些值转换为输出的数字量。 因此，一般A/D转换过程要经过采样、保持、量化、编码四个步骤。 D 111101… A/D A(电压 或 电流) ？ 1. 取样定理 对输入模拟信号的取样 模拟信号 取样信号 为取样频率 为输入模拟信号的最高频率分量的频率。 取样信号必须有 足够高的频率 2. 量化和编码 量化： 进行A/D转换时，取样电压表示为数字信号所取的最小数量单位的整数倍,所取最小数量单位叫做量化单位，用Δ表示。 编码：把量化的结果用代码表示出来，这些代码是A/D转换的结果。编码输出的数字信号最低有效位的1所代表的数量大小就等于Δ。 量化误差：量化过程引入的误差。 由于模拟信号是连续的，不一定能被Δ整除，用Δ的整数倍表示模拟量不可避免会引入误差。不同的量化方法量化误差不同。 A/D转换器有二大类：①直接法，②间接法 直接法：通过2n个量化级电压与输入采样---保持的模拟信 号进行比较，直接转换成数字量。 间接法：将采样保持的模拟信号首先转换成T或频率F， 然后再把中间量T或F转换成数字量。 直接A/D转换器： 1、并联比较型A/D转换器 并联比较型A/D转换器属于直接A/D转换器，它能将输入的模拟电压直接转换为输出的数字量而不需要经过中间变量。 并联比较型 量化 输入→量化 →编码 111 110 101 100 011 010 001 000 特点： *快，CLK触发信号到达到输出稳定建立只需几十纳秒。 *精度低，受参考电压、分压网络等因素影响。 *有存储器，不需要采样、保持电路。 *电路规模大，n位需要2n-1比较器、触发器。 2. 反馈比较型A/D转换器 （1）计数型 基本原理：取一个“D”加到DAC上，得到模拟输出电压，将该值与输入电压比较，如两者不等，则调整D的大小，到相等为止，则D为所求值。 ！简单 ！慢 （2）逐次渐近型 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。 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100…00。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。 *