曹银祥Dept of Physiology amp; PathophysiologyShanghai .ppt

上一章复习 第五讲 模拟信号的数字化 数模和模数转换的基本原理 Nyquist采样定律 数字量与绝对量的换算 十进制和二进制 第n位 第n-1位 … 第3位 第2位 第1位 十进制权 10n-1 10n-2 … 102 101 100 二进制权 2n-1 2n-2 … 22 21 20 例如： 十进制数 7256 = 7*103 +2*102 +5*101 +6*100 二进制数 1011 = 1*23 +0*22 +1*21 +1*20 = 11 (十进制数) 5-1 数模和模数转换的基本原理 5-1-1 概述 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。 5-1-2 D/A转换器 D/A转换器的基本原理和转换特性 D/A转换器的主要技术指标 （1）分辨率 　 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。 （2）转换精度 　 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。 （3）输出建立时间 　 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时间。 二进制权电阻网络D/A转换器 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变的。 倒T型电阻网络D/A转换器 ①分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R。 ②不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。 集成D/A转换器 5-1-3 A/D转换器 A/D转换器的基本原理 模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出 采样-保持电路 t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。这一阶段uo跟随ui变化，即uo＝kui。t1时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若A2的输入阻抗为无穷大，S为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压uo维持不变，在t1 与下一个t0 (t0’)之间，完成数据转换。 A/D转换器的主要技术指标 （1）分辨率 A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－8＝20mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－12≈1.22mV。 （2）相对精度 在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。 （3）转换速度 转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。 计数-比较型A/D转换器 启动转换后，计数器清零，然后计数器开始计数，其数值经D/A转换器转换为模拟量，输入信号与D/A转换器输出的模拟量由比较器作比较，当两者相等时，控制电路停止计数器计数，此时，计数器的计数值便是输入信号的转换值。 逐次逼近型A/D转换器 双积分型A/D转换器 双积分型A/D转换原理图解 集成A/D转换器 5-2 Nyquist采样定律   理论证明，如果一个信号的最高频率分量为Fm，那么当采样频率≥2Fm时，原始信号可以通过下面的内插公式加以恢复： 5-3 数字量与绝对量的换算 计算举例（1） 已知：ADC为12位，转换电压5V，放大器增益为1000倍，直流偏置2.5V，求采样值3080所对应的信号幅度。 解： 因2.5V对应的数值为2048， 故： Vo = VFS * △ d / DFS / G = 5000 * (3080-2048) / 4096 / 1000 = 1.26 (mV) 计算举例（2） 已知：血压定标信号：0mmHg时，采样值为325， 100mmHg时，采样值为1