八章数模与模数转换.pptVIP

* 第八章 数/模与模/数转换 第八章 数/模与模/数转换 8.1 DAC 8.2 ADC 图 8 - 1A/D、D/A转换器在数字系统中的应用 8.1DAC 8.1.1DAC的基本概念 1. 转换特性 DAC电路输入的是n位二进制数字信息B(Bn-1,Bn-2, …,B1、 B0)，其最低位(LSB)的B0和最高位(MSB)的Bn-1的权分别为20和2n-1，故B按权展开式为 DAC电路输出的是与输入数字量成正比例的电压uO或电流iO，即 式中K为转换比例常数。 图 8 - 2所示为DAC框图。当n=3时，DAC转换电路的输出与输入转换特性如图8 - 3所示，输出为阶梯波。 图 8 - 2DAC框图 图 8 – 3 转换特性 2. 分辨率 分辨率 即说明n越大，DAC的分辨能力越高(分辨率越小)。例如, 当n=10时，DAC分辨率= ; 当n=11时，DAC分辨率 。 3. 精度 (1) 非线性误差：它是由电子开关导通的电压降和电阻网络电阻值偏差产生的，常用满刻度的百分数表示。 (2) 比例系数误差：它是参考电压UR偏离引起的误差，也用满刻度的百分数表示。 (3) 漂移误差：它是由集成运放漂移产生的误差。增益的改变也会引起增益误差。 (4) 转换时间：也称输出建立时间。它是从输入数字信号时开始，到输出电压或电流达到稳态值时所需要的时间。 8.1.2 DAC的电路形式及工作原理 1. 权电阻 图 8 – 4 权电阻DAC电路 当输入二进制数码中某一位Bi=1时，开关Si接至基准电压UR，这时在相应的电阻Ri支路上产生电流 当Bi=0时，开关Si接地，电流ii=0, 因此电流表达式应为 根据叠加原理， 总的输出电流为 通过集成运算放大器，输出电压为 将 代入则得 例如，UR=8V, 输入八位二进制数码则输出电压为 2. 倒T型网络DAC 图 8 – 5 R-2R倒T型网络DAC电路 运算放大器的输出电压为 若Rf=R, 并将I=UR/R代入上式，则有 图 8 – 6 权电流DAC原理图 当图 8 - 6 中的Bi=1时，开关接运算放大器的反相输入端，相应权电流流入求和电路；当Bi=0时，开关接地。故 扩大至n位，则 8.1.3 集成DAC 图 8 - 7AD7520引脚图 图 8 - 7为AD7520的引脚图。 D0~D9为10个数码控制位，控制着内部CMOS的电流开关。 IO1和IO2为电流输出端。 Rf端为反馈电阻Rf的一个引出端，另一个引出端和IO1端连接在一起。 UREF端为基准电压输入端。 +UDD端接电源的正端。 GND端为接地端。 8.2ADC 8.2.1ADC的组成 1. ADC的两个组成部分及其作用 图 8 - 8ADC的组成部分 (1) 采样保持电路。 采样开关S的控制信号CPs的频率fs必须满足公式fs≥2f imax(fimax为输入电压频谱中的最高频率)，即其周期Ts很小，而且采样时间τ比Ts更要小许多倍，这样就能将采样保持后的 不失真地恢复成输入电压uI(t)。该公式称为采样定理。 图 8 – 9 采样保持前后的波形举例 图 8 – 10 采样保持电路原理图 (2) 量化编码电路。 采样保持电路的输出信号 虽已成为阶梯状，但其阶梯幅值仍是连续可变的，有无限多个数值，无法与n位有限的2n个数字量输出X相对应。因此，必须将采样后的值只限于在某些规定个数的离散的电平上，凡介于两个离散电平之间的采样值，就要用某种方式整理归并到这两个离散电平之一上。这种将幅值取整归并的方式及过程称为“量化”。 将量化后的有限个整量值用n位一组的某种数字代码(如二进制码、BCD码或Gray码等)对应描述以形成数字量，这种用数字代码表示量化幅值的过程称作“编码”。 2. 量化方式和量化误差 (1) 只舍不入法。当输入uI在某两个相邻的量化值 之间，即 (k为整数) (2) 四舍五入法。当uI的尾数不足 时，用舍尾取整法得其量化值；当uI的