第九章 模数-数模转换(第五版).ppt

第九章 D/A和A/D转换器 2、量化与编码 §9.1 概述 §9.2 D/A转换器 §9.3 A/D转换器 § 9.1 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）。 完成D/A转换的电路称为D/A转换器（简称DAC）。 §9.2 D/A转换器 一、D/A转换器的基本概念 数字信号 模拟信号 将数字信号转化成与其成正比的模拟信号。 以三位DAC为例，设K=1，可得出vO和Dn的关系 7 V 1 1 1 6 V 1 1 0 5 V 1 0 1 4 V 1 0 0 3 V 0 1 1 2 V 0 1 0 1 V 0 0 1 0 V 0 0 0 vO D2D1D0 组成： D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码 网络、求和电路、基准电压几部分构成。 原理：对数字量的每位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现D/A转换。 数码 寄存器 模拟 开关 译码 网络 求和 放大器 D u 基准电压 UEF DAC方框图 分类： 倒T形电阻网络D/A转换器 T形电阻网络D/A转换器 权电流D/A转换器 模拟开关S0～S3 R－2R倒T形电阻网络 求和运算放大器，基准电VREF 1、电路组成 二、 倒T形电阻网络D/A转换器（4位倒T形电阻网络） 2、工作原理 输出电压： 将输入数字量扩展到n位，则有： 可简写为：vO=－KNB 其中： 三、 权电流型D/A转换器 四、 D/A转换器的主要技术指标 1、转换精度： 1）分辨率：D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 在实际应用中，常用数字量的位数表示D/A转换器的分辨率 2）转换误差： 比例系数误差、失调误差、非线性误差等。 2、转换速度 当输入的数字量发生变化时，输出的模拟量并不能立即达到所对应的量值，而需要一段时间。用建立时间和转换速率（SR）来描述转换速度。 3、 温度系数： 在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数作为温度系数。 例 ：已知4位倒T型DAC，输入数字量为1101，uREF = - 8V，Rf=R，则输出模拟量uO=? 解： § 9.3 A/D转换器 一、A/D转换的一般步骤 将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，通常的转换过程为：取样、保持、量化和编码。 1、取样与保持 ①取样定理：为了不失真地恢复原始信号，采样频率至少应是原始信号最高有效频率的两倍。 取样信号频率 输入信号最高频率 O t vI(t) O t O t S(t) vI(t) vo( t ) 取样 保持 ② 取样—保持电路 电路组成及工作原理 （要求电路中Av1Av2=1） t=t0时，S闭合，电容充电，vo=vI，t0～t1阶段为取样阶段； t=t1时，S断开，电容没有放电回路，其两端电压保持vo不变，t1 ～ t2阶段为保持阶段。 量化——将采样、保持后的信号幅值转化成某个最小数量单位 （量化间隔）的整数倍。 编码——量化后的数值需要用一个代码来表示，这一过程称为 编码。 （1）确定量化间隔： 例：如有一模拟信号，幅值范围为0~1V，要转化为3位二进制代码，则其量化间隔为1LSB=1/8V 。 得到8个量化电平分别为0V、1/8V…7/8V。 经量化后的信号幅值均为的整数倍，在量化过程中会产生误差，称为量化误差。最大量化误差为1/8V。 方式一：舍尾取整（只舍不入量化方式 ） 如果0V≤vI＜1/8V 则量化为0?=0V； 1/8V≤vI＜2/8V 则量化为1?=1/8V； …… 7/8V≤vI＜1V 则量化为7?=7/8V。 （2）量化方法 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 0 Vo/ V t 1 如果 0V≤vI＜1/16V 则量化为0?=0V； 1/16V≤vI＜3/16V 则量化为1?=1/8V； …… 13/16V≤vI＜15/16V 则量化为7?=7/8V。 取两个离散电平中的相近