第14章数模与模数转换电路.ppt

第14章 数模与模数转换电路 本章要求： 14.1.1 D/A转换基本原理 14.1.2 倒T形电阻网络DAC 2. 工作原理 14.1.3 DAC的主要技术参数 2. 转换速度 7.2.1 A/D转换基本原理 7.2.2 A/D转换器工作原理 实例 7.2.3 ADC的主要技术参数 2. 转换误差 2. 双积分型A/D转换器 基本原理：对输入模拟电压uI和基准电压-UREF分别进行积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔T2，然后在这个时间间隔里对固定频率的时钟脉冲计数，计数结果N就是正比于输入模拟信号的数字量信号。　　 （1）电路组成 　　图7-11 双积分型ADC电路 ① 积分器： Qn=0，对被测电压uI进行积分；　　　 　　　 　 Qn=1，对基准电压-UREF进行积分。 ② 检零比较器C：当uO≥0时，uC＝0； 当uO＜0时，uC＝1。 ③ 计数器：为n＋1位异步二进制计数器。第一次计数，是从0开始直到2n对CP脉冲计数，形成固定时间T1＝2nTc（Tc为CP脉冲的周期），T1时间到时Qn＝1，使S1从A点转接到B点。第二次计数，是将时间间隔T2变成脉冲个数N保存下来。 ④　时钟脉冲控制门G1：当uC =1时，门G1打开，CP脉冲通过门G1加到计数器输入端。 　　①　积分器： Qn=0，对被测电压uI进行积分；Qn=1，对基准电压-UREF进行积分。 　　②　检零比较器C：当uO≥0时，uC＝0；当uO＜0时，uC＝1。 　　③ 计数器：为n＋1位异步二进制计数器。第一次计数，是从0开始直到2n对CP脉冲计数，形成固定时间T1＝2nTc（Tc为CP脉冲的周期），T1时间到时Qn＝1，使S1从A点转接到B点。第二次计数，是将时间间隔T2变成脉冲个数N保存下来。 　　④　时钟脉冲控制门G1：当uC =1时，门G1打开，CP脉冲通过门G1加到计数器输入端。 （1）电路组成 （2）工作原理 图7-12 双积分型ADC的工作波形 　　先定时（T1）对uI正向积分，得到Up，Up∝uI； 　　再对－UREF积分，积分器的输出将从Up线性上升到零。这段积分时间是T2，T2∝Up∝uI； 　　在T2期间内计数器对时钟脉冲CP计得的个数为N，N∝T2∝Up∝uI 。 　　由于这种转换需要两次积分才能实现，因此称该电路为双积分型ADC。 工作过程： ① 准备阶段：转换控制信号CR＝0，将计数器清0，并通过G2接通开关S2，使电容C放电；同时，Qn＝0使S1接通A点。　 　 ② 采样阶段：当t＝0时，CR变为高电平，开关S2断开，积分器从0开始对uI积分，积分器的输出电压从0V开始下降，即 与此同时，由于uO＜0，故uC＝1，G1被打开，CP脉冲通过G1加到FF0上，计数器从0开始计数。直到当t＝t1时，FF0～FFn-1都翻转为0态，而Qn翻转为1态，将S1由A点转接到B点，采样阶段到此结束。若CP脉冲的周期为Tc，则T1＝2nTc。 　　设UI为输入电压在T1时间间隔内的平均值，则第一次积分结束时积分器的输出电压为 ③ 比较阶段：在t=t1时刻，S1接通B点，-UREF加到积分器的输入端，积分器开始反向积分，uO开始从Up点以固定的斜率回升，若以t1算作0时刻，此时有 　　当t＝t2时，uO正好过零，uC翻转为0，G1关闭，计数器停止计数。在T2期间计数器所累计的CP脉冲的个数为N，且有T2＝NTC。 　　 若以t1算作0时刻，当t＝T2时，积分器的输出uO＝0，此时则有 　　可见，T2∝UI。 　　由于T1＝2nTc，所以有 结论： 可见，N∝UI∝uI，实现了A/D转换，N为转换结果。 　 第一，如果减小uI（即图7-12中的uI′），则当t＝T1时，uO＝Up′，显然Up′＜Up，从而有T2′＜T2； 第二，T1的时间长度与uI的大小无关，均为2nTc； 第三，第二次积分的斜率是固定的，与Up的大小无关。 由于T2＝NTc，所以 优点1：抗干扰能力强。积分采样对交流噪声有很强的抑制能力；如果选择采样时间T1为20ms的整数倍时，则可有效地抑制工频干扰。 缺点：转换速度较慢。完成一次A/D转换至少需要（T1＋T2）时间，每秒钟一般只能转换几次到十几次。因此它多用于精度要求高、抗干扰能力强而转换速度要求不高的场合。 　 优点2：具有良好的稳定性，可实现高精度