数字电子技术课件作者包晓敏第8章节模数转换.ppt

第八章 数-模（D/A）和模-数（A/D）转换 8.3 D/A转换器 基本概念 8.3.1 二进制加权电阻型D/A转换器 一、电路结构和工作原理 优缺点： 1. 优点：简单 2. 缺点：电阻值相差大，难于保证精度，且大电阻不宜于集成在IC内部 8.3.2 倒T形电阻网络DAC 二、量化和编码 量化：将采样电压表示为最小数量单位（Δ）的整数倍 编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二-十进制） 量化误差：当采样电压不能被Δ整除时，将引入量化误差 8.4.2、逐次逼近型A/D转换器 8.4.3 双积分型A/D转换器 双积分型（V-T变换型） 先将V转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间 内用固定频率脉冲计数 8.4.4 ADC的的主要技术指标 一、转换速度 转换速度常用转换时间或转换速率来描述。与电路结构类型有关 逐次渐近型：10~100微秒/次 双积分型：几十毫秒/次 二、转换精度 1. 分辨率：以输出二进制的位数表示，说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。位数越多，量化误差越小，转换精度越高。 2. 转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出，表示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别。 尚辅网 / 浙江理工大学 D/A转换器和A/D转换器是计算机与外部设备的重要接口,充当着连接数字世界和模拟世界的桥梁;也是数字测量和数字控制系统的重要部件。在现代信息技术中具有举足轻重的作用。 概 述 D/A转换器:能将数字量转换为模拟量的装置，简称D/A变换器 。 （Digital Analog Convertor，DAC） A/D转换器:能将模拟量转换为数字量的装置，简称A/D变换器。 （ Analog Digital Convertor，ADC） ● ADC和DAC在数字系统中的应用的原理框图 ADC和DAC在数字系统中的应用的原理框图 将数字信号转化成与其成正比的模拟信号。 二. 工作原理 电子开关： 1位：接VREF 0位：接GND 电阻网络 输入数字量 输出电压 参考电压 流过各电阻的权电流为多少？ 电子开关受输入的数字信号di控制 di =1：拨向1位; di =0：拨向0位; 希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流 R-2R倒T形型D/A转换器的原理图 R R R R 由于解码网络的电路结构和参数匹配，使得左图中四个支路电流逐位减半， 满量程（Full Scale Range）输出电压VFSR 最小输出电压增量VLSB D/A转换器的主要技术参数 1.分辨率：D/A转换器分辨模拟量最小值的能力，也就是最低位LSB所代表的模拟量 表现为最小输出电压增量与最大输出电压的比值来表示。 数字量为11…1时的输出电压值。 数字量变化一个单位时，输出电压的变化量。 分辨率常用输入二进制数的有效位数表示。 例：10位A/D分辨率为： 因为分辨率与二进制的位数有关，通常用“位数”表示 2.转换精度 用转换误差来描述转换精度，，是一个综合性的静态性能指标，通常以下面几个指标来描述 （1）偏移误差、增益误差 （2）非线性误差 3转换速度：通常用建立时间tset来描述D/A转换器的转换速度 建立时间tset ： 数字量发生突变（从全0变为全1或全1变为全0 ）开始，直到输出电压进入与稳态值相差±0.5LSB范围以内的时间。 普通DAC的建立时间为几到几百微秒； 高速DAC的建立时间小于几微秒； 如MAXIM公司的MAX555为12位DAC，转换速度为300MHz。 D 111101… A/D A(电压 或 电流) ？ 8.4 A/D转换器 A/D转换的概念 输入连续变化电压，输出为不连 续的数字量 一、A/D转换的过程 要把模拟量转化为数字量一般要经过四个步骤，分别称为采样、保持、量化、编码。 1．采样与保持 在t0~t1阶段，电路处于采样阶段。 在t1~t2阶段，电路处于保持阶段。 两种量化方式 （a）只舍不入量化 （b）四舍五入量化 例:一个8位A/D转换器，满量程输入电压为+5V，采用四舍五入量化方式，计算输出二进制数据为10 000 000 时所对应的输入电压范围 解：该A/D转换器的1LSB所对应的电压为5000mV/255=19.6mV。二进制数10 000 000等于十进制数128，因此，它对应的输入电压范围为： 即2498.0~2518.6mV。 ！电路不太复杂 ！较快 例.4位逐次逼近型A/D转换器框图如图所示。D/A转换器输出电压，VREF=5V，vI为输入模拟电压，CP为时钟输入