《数字电子技术基础》第11章_数模与模数转换全解.ppt

第11章 数模与模数转换器 11.2 数模转换器(DAC) 11.2数模转换器(DAC) 11.2.1 倒T形电阻网络DAC 11.2.1 倒T形电阻网络DAC 单刀双置开关可以用双极型三极管或MOS管实现。 2．单片集成DAC 3. DAC的应用:斜坡发生器 11.2.2 权电流型DAC 11.2.2 权电流型DAC 11.2.3 DAC的双极性输出 11.2.4 DAC的主要技术指标 2.转换速度 完成一次数模转换所需的时间。常用建立时间和转换速率描述。 11.3 模数转换器(ADC) 模数转换必须完成对模拟量的时间和幅值进行双重离散化的任务。 通过取样和保持完成对时间的离散化 通过量化和编码完成对幅值的离散化 2. 取样定理 3.防混滤波 有效信号的频谱通常是频带有限的，而噪声信号的频谱则是无限的。 根据取样定理，为了从取样序列中恢复有效信号，应对原始输入信号进行低通滤波，使信号满足取样定理。 如果理想低通滤波的截止频率是有效信号的最高频率fimax，从而可滤除干扰和噪声的频谱，避免它们混叠在取样序列的频谱中，保证取样序列的频谱主要包含有效信号的频谱。 消除频谱混叠的低通滤波称为防混滤波。 4．量化和编码 首先选定适当的单位电压LSB，在取样电压的值域内形成间隔为LSB的离散电压，每个离散电压是LSB的整倍数。 例11.1 设取样电压的值域是[0V，1V]，试对其离散为3位自然二进制数。 解：选择单位电压为: 在[0V,1V]中插入2n-1=7个离散电平：2/15，4/15，6/15，… ，14/15。按与离散电平误差最小的原则对取样量离散化，按3位自然二进制数编码: 5. 模数转换器（ADC）的分类 量化和编码电路（下述为ADC），按工作原理分为直接型ADC和间接型ADC。 直接型ADC将模拟信号（通常是电压）直接转换为数字信号，模数转换速度较快。典型电路有并行比较ADC、逐次比较ADC等。 而间接型ADC则是先将模拟信号转变为中间电量（例如，时间或频率），然后再将中间电量转换为数字信号，转换速度比直接型ADC慢。典型电路有双积分ADC、电压频率转换ADC。 11.3.2 并行比较ADC 11.3.3 逐次比较ADC 11.3.3 逐次比较ADC 11.3.4 双积分ADC 双积分ADC是间接型ADC。它将取样电压转换为与之成正比的时间宽度，在此时间内计数器对周期脉冲进行计数。计数器的二进制数就是取样电压对应的数字量。 1．定时积分:在确定的时间内对取样电压进行积分。 3. 双积分ADC的优缺点 双积分ADC的转换精度高。 3. 双积分ADC的优缺点 双积分ADC抗干扰和噪声能力强。 3. 双积分ADC的优缺点 双积分ADC的模数转换时间长，一般达到几十个毫秒以上。 11.3.5 ADC的主要技术指标 2.转换速度 并联比较ADC的转换速度最快：数十个nS。 逐次比较ADC的转换速度次之：10～100μS 。 间接型ADC的转换速度较慢：mS级。 例如，双积分ADC的转换时间在几十毫秒到几百毫秒之间。但间接型ADC抗干扰能力强。 前述的ADC电路仅完成量化和编码。一次完整的模数转换包括取样、保持、量化和编码。所以，实现一次完整的模数转换时间应包括取样和保持电路的取样时间和孔径时间（取样保持电路由取样到保持的转换时间），以及ADC的转换时间。 作 业 11.1 11.3 11.5 11.7 11.9 11.12 11.13 11.19 逐次比较控制逻辑是典型的顺序控制逻辑。 第一步：设置寄存器的最高有效位1； 第二步：根据比较结果取舍比较位，并设置相邻低位为1； 重复第二步，直到最低有效位。 因此，逐次比较控制逻辑可以采用顺序脉冲发生器和取舍组合逻辑电路实现。 4个下降沿触发的JK触发器作为寄存器、4位DAC、电压比较器和逐次比较控制逻辑。 逐次比较控制逻辑：顺序脉冲发生器和取舍组合逻辑组成。 逐次比较ADC电路 VP 电压偏移量是为了减小转换误差而引入的。 设取样电压的满刻度电压VFSR =7.75V， 。 取DAC的单位电压LSB为 在进行模数转换时，取样电压保持不变。 VP 6.2V CP Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 S=1启动逐次比较ADC工作。顺序脉冲发生器的输出信号： CP的↑启动顺序脉冲输出。 1 2 3 4 5 6 第1个CP↑使Y0=1、Y1=Y