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8.3模数转换电路
内容简介 8.1 概述 8.2 数/模转换电路(DAC) 8.3 模/数转换电路(ADC) 重点: DAC的基本原理;ADC的基本原理主要参数及应用; 难点: R-2R倒 T形电阻网络电阻实现数字量到模拟量的转换。 A/D 转换须经过采样、保持、量化、编码四个步骤才能 完成。 教学目标 掌握DAC和ADC的定义及应用; 了解DAC的分类及主要参数; 了解R-2R倒 T形电阻网络DAC的结构和基本原理; 了解集成D/A转换器AD7520、AD7543及应用。 了解ADC的应用、分类及主要参数; 了解逐次逼近型ADC的电路结构及工作原理; 了解集成A/D转换器ICL7106/7107、CC14433、ADC0809及应用。 * * 第8章 数/摸转换和模/数转换 第8章 数/摸转换和模/数转换 学时安排:4学时 课后作业 P277 T8.1;T8.2;T8.3;T8.5;T8.7; T8.12;T8.13; 第8章 8.1 概述 随着数字电子技术的迅猛发展,特别是计算机在自动控制、自动检测、电子信息处理及许多其他领域的广泛应用,用数字电路来处理模拟信号的方式更加普遍。完成A/D转换的电路称为A/D转换器(简称ADC),ADC的转换过程称为编码。完成D/A转换的电路称为D/A转换器(简称DAC),DAC的转换过程称为解码。例如,用计算机对粉状货物(例如水泥、面粉)和颗粒状货物进行称重包装系统(如图8.1所示)。 称重传感器 小信号放大器 A/D 微处理器CPU D/A 放大 驱动 料门 开关 驱动 显示 mg ΔU 模拟量 数字量 数字量 模拟量 8.1.1 A/D和D/A转换器 按结构划分,ADC和DAC可分为三大类:第一类是单片集成的,它是ADC和DAC产品的主流。这一类产品的特点是:通用性强,已形成系列化,可靠性高,成本也较低,但单片式ADC和DAC器件频带宽度有限制,影响转换速度和精度,能达到16位精度的水平也就不错了。 第二类是混合集成式的,它可以根据转换精度和速度的要求,在集成芯片外的陶瓷基片上制造与之匹配的电阻网络,使得混合式集成芯片在转换精度和速度上大大优于单片式芯片。 第三类是模块结构式的,这一类转换器实际上是一个功能完整的最小数字系统。 8.2 数/模转换电路(DAC) 数/模转换器(即DAC)是数字系统和模拟系统的接口,它将输入的二进制代码转换为相应的模拟电压输出。数/模转换有多种方法,如权电流法、权电阻法、T型R-2R网络法等。 一、权电阻网络D/A转换电路 1. 电路组成 4位权电阻网络D/A转换器 UREF 4位权电阻网络D/A转换电路如图所示。它由求和运算放大器、基准电压Uref、权电阻网络和电子模拟开关S0~S3等四部分组成。 2. 工作原理 在图4位权电阻网络D/A转换中,当电子开关S0~S3都接1端时,流入求和运算放大器反相输入端A的总电流为: 又由于 ,于是运算放大器的输出电压u0为: Di∈(0,1) 权电阻D/A转换器的优点是:电路简单,转换速度比较快。 权电阻D/A转换器的缺点是:各个电阻的阻值相差很大,而且随着输入二进制代码位数的增多,电阻的差值也随之增加,难以保证电阻阻值精度的要求,这既不利用电路的集成化,又给电路的转换精度带来严重的影响。 对于n位权电阻D/A转换器,则有 二、R-2R倒T形电阻网络D/A转换电路 1. 电路组成 4位倒T形电阻网络D/A转换电路,如图8.6所示。它由求和运算放大器,基准电URET,R-2R倒和形电阻网络和电子模拟开关S0~S3等四部分组成。 UREF 2. 工作原理 四位倒T型电阻网络的等效电路如图所示。 四位倒T型电阻网络的等效电路 从数字量高位D3至低位D0的电流分别为 因此,流入求和运算放大器的输入电流分别为: 所以,运算放大器原输出电压u0为 : 对于n位倒T形电阻网络D/A转换器的输出电压u0为: 8.2.3、权电流型D/A转换电路 权电流型D/A转换电路原理图 由于运算放大器的输入阻抗多数情况下可以近似认为无穷大, 所以流过RF的电流近似等于 。由图得: = = 8.3 模/数转换电路(ADC) 模/数转换电路的作用是将输入连续变化的模拟信号变换为与其成正比的数字量信号输出。在进行模/数(即A/D)转换时,通常按取样、保持、量化、编码四个步骤进行。 8.3.1 ADC的基本过程 1. 所谓取样,就是对模拟信号ui(t) 进行周期性抽取样值的过程。 2. 量化与编码所谓量化,就是用数字信号的最低位1 (LSB
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