第15章数模和模数转换器概述.ppt

第十五章　数模和模数转换器 15.1　数模转换器（DAC） 15.1.2?倒 T 型电阻 DAC 15.2?模数转换器（ADC） 15.2.2?并行比较型ADC 15.2.3?逐位比较型 ADC 本章小结 　 　 　 　 15.1　数模转换器（DAC） 本章小结 15.2　模数转换器（ADC） 　　15.1.1?T 型电阻 DAC 　　1．电路组成 　　S0 ~ S3：4个电子模拟开关，分别受输入的数字信号　D0 ~ D3 控制。 　　当 Di = 0 时，开关 Si 切换到接地端；当 Di = 1 时，开关接向基准电压 VREF。 　　2．工作原理 　　（1）特点 　　② 从任一模拟开关 Si 到接地端或虚地 ? 端的等效电阻为 3R 。如图（b）所示。 　　① 从任一节点向左或向右到接地或虚地 ? 端的等效电阻相等，其大小为 2R。 15.1　数模转换器（DAC） 　　（2）基本原理 　　① n 位二进制数每 1 位的权。一个 n 位二进制数可表示为，D = dn-1dn-2…d1d0 ,其最高有效位 MSB 到最低位有效位 LSB 的权位依次为 2n-1，2n-2，…，21，20。 　　② 每 1 位按权的大小转换成相应的模拟量。为了将数字量转换成模拟量，必须将二进制的每 1 位按权的大小转换成相应的模拟量。 　　③ 将代表各位的模拟量再相加，这样就可以得到与该数字量成正比的模拟量。 15.1　数模转换器（DAC） 　　（3）计算 　　模拟开关 Si 是接向基准电压 VREF，还是接向地端，受到输D3D2D1D0 入的二进制数码控制。 　　i? 的一般表达式为： 15.1　数模转换器（DAC） 　　输出电压 vo 为 　　输出模拟电压 vo 与输入数字量成正比，比例系数为- VREF/2n。 　　对于 n 位 T 型网络 DAC，可推广为 15.1　数模转换器（DAC） 　　[例 15-1]?有一个 5 位 T 型电阻 DAC， VREF = 10 V， Rf = 3R，D4D3D2D1D0 = 11010，试求出输出电压 vO = ？ 　　解?由上述公式可得 15.1　数模转换器（DAC） 　　1．电路组成 15.1　数模转换器（DAC） 　　2．工作原理 　　基准电压 VREF 流出的电流 I 为 　　输出电压为vO： 　　输入数码为任意值时，i? 的一般表达式为： 15.1　数模转换器（DAC） 　　15.2.1?模数转换的基本原理 　　采样：就是对连续变化的模拟信号定时进行测量，抽取样值。通过采样，一个在时间上连续变化的模拟信号就转换为随时间断续变化的脉冲信号。 　　1．采样和保持 　　（2）采样过程 　　图（a）为一个受控的模拟开关，构成采样器。vS 到来时，V 导通， vO = vI 　　采样器在采样脉冲的控制下,把输入的模拟信号变换为脉冲信号，如图（b）所示。 15.2　模数转换器（ADC） 15.2　模数转换器（ADC） 　　（3）采样—保持电路 　　为了便于量化和编码，需要将每次采样取得的样值暂存，保持不变，直到下一个采样脉冲的到来。这就要接一个保持电路。 　　2．量化和编码 15.2　模数转换器（ADC） 　　量化误差：采样后得到的样值不可能刚好是某个量化基准值，总会有一定的误差，这个误差称为量化误差。 　　量化：就是把采样电压转换为以某个最小单位电压 ? 的整数倍的过程。分成的等级称为量化级，? 称为量化单位。 　　编码：就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。 15.2　模数转换器（ADC） 　　1．电路组成 　　由电阻分压器、电压比较器及编码电路组成。 　　电阻分压器：确定量化电压。 　　编码器：对比较器的输出进行编码，然后输出二进制代码 　　电压比较器：用来确定采样电压的量化。 15.2　模数转换器（ADC） 　　2．工作原理 15.2　模数转换器（ADC） 　　① 提供参考电压?由 8 个大小相等的电阻串联构成电阻分压器，产生不同数值的参考电压，形成 共 7 种量化电平。 　　② 进行电压比较，输出数字量。?7 个量化电平分别加在 7 个电压比较器的反相输入端，模拟输入电压 vI 加在比较器的同相输入端。当 vI 大于或等于量化电平时，比较器输出为 1，否则输出为 0，电压比较器用来完成对采样电压的量化。 　　③ 编码?比较器的输出送到优先编码器进行编码，得到3 位二进制代码 D2D1D0。 15.2　模数转换器（ADC） 　　1．转换原理 　　逐位比较型 A/D 转换器的转换原理与天平称物的过程十分相似。 　　假设天平有 10 g、5 g、2.5 g、1.25 g 和 0.625 g 五种砝码，欲称一质量为 15.