AD.DA转换原理.ppt

* 第九章 数－模和模－数转换 9.1 概述 9.2 D/A转换器 9.3 A/D转换器 本章小结 作业：2、5、7 9.1 概述 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。 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。 分类： D/A转换器的分类： 权电阻网络型；倒梯电阻网络型；权电流型；权电容型；开关树型等等。 直接型 间接型 反馈比较型 并联比较型 逐次渐进型 计数型 电压－时间型（V－T变换型）: 双积分型 电压－频率型（V－F变换型） A/D转换器的分类 主要指标：转换精度；转换速度 9.2.1 权电阻网络D/A转换器 一、电路组成 三部分：权电阻网络、模拟开关（受代码d3～d0的控制，代码为1时接VREF，为0时接地）、求和放大器 二、工作原理 即vO正比于Dn VREF可正可负 优缺点：电阻少，但差值大，不易集成。 9.2.2 倒T型电阻网络D/A转换器 一、电路的组成 电阻网络、模拟开关、求和放大器A、基准电压VREF。 V＋接地， V－为虚地，S3～S0相当于接地，若数码为1，接V-,数码为0，接V＋ 。 二、工作原理 从每个端口向左看等效电阻均为R，I=VREF/R，每个支路电流依次为I/2, I/4, I/8, I/16。 对于n位D/A转换器： VO与D成正比。 三、集成D/A转换器CB7520 (AD7520) 1、原理图 10位倒T电路，需外接运放，反馈电阻可用内部R，也可自接，VREF需稳定，才能确保转换精度。 2、CB7520中的CMOS模拟开关电路 采用15V电压 9.2.7 D/A转换器的转换精度与转换速度 一、D/A转换器的转换精度 用分辨率和转换误差来描述转换精度 1、分辨率用输入二进制代码的位数给出（理论精度） 模拟电压应能区分00….00～11….11全部2n个不同状态 用最小电压与最大输出电压之比表示，例如10位D/A转换器 2、转换误差（实际精度） 转换误差：实际与理论值的最大偏差（例如：≤00…01时的输出电压） 是一个由各种因素引起的转换误差的综合指标。 因素：VREF波动；运放的零漂； 模拟开关的导通内阻及压降； 电阻阻值偏差；二极管特性不一致 二、D/A转换器的转换速度 用建立时间t set定量描述D/A转换器的转换速度 t set ：从输入数字量发生突变开始，到输出电压进入与稳态值相差 范围以内的时间。 一般定为：从全0变为全1所需的时间。 不包含运放的单片集成DAC： t set 0.1μm 包含运放的单片集成DAC： t set 0.15μm 外加运放的DAC的最大转换时间： 9.3 A/D转换器 9.3.1 A/D转换的基本原理 模拟信号是连续的，数字信号是离散的，因此需要在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号取样，然后保持、量化、编码，再开始下一次取样。 一、取样定理 取样信号vS，模拟信号vI ，必须满足fS≥2fi(max) fS －取样频率； fi (max)－模拟信号的最高频率分量的频率 用低通滤波器将vS还原为vI ， 一般取fS＝3～5fi (max) 保持电路 二、量化和编码 采样电压表示成最小单位的整数倍，叫量化。 最小单位叫量化单位，用△表示。数字信号最低有效位（LSB）的1所代表的数量大小为△ 。 量化结果用二进制表示出来叫编码。 两种量化方法 只舍不入 有舍有入 例如，0～1V模拟电压转换成三位二进制代码。 图(a)中：△ ＝1/8V 0～1/8V＝0 ·△ 1/8V ～2/8V ＝1 ·△ ………………… 单向误差为＋，最大误差为1/8V。 图9.3.3 划分量化电平的两种方法 (a) 例如，0～1V模拟电压转换成三位二进制代码。 图(b)中： △ ＝2/15V 0～1/15V＝0 ·△ 1/15V ～3/15V ＝1 ·△ ………………… 双向误差为±，最大误差为1/15V。 图9.3.3 划分量化电平的两种方法 若vI在±范围内变化时，一般要求采用二进制补码形式编码，例如△ ＝1V，三位二进制补码，如图9.3.4。 9.3.2 取样－保持电路 一、基本形式如图9.3.5 当vL＝1时，T通，vI向C充电，设RI=RF，则vO＝ vC＝ －vI，当vL＝0时，T止，CH保持。 缺点：速度低， 为提高速度，可减小RI， 则输入阻抗降低， 不可取。 解决办法见下页。 二、实用电路（LF198） 速度低的解决办法：在电路的输入端增加一级隔离放大器， 如：L