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数模和模数转换器幻灯片
10.1概述 10.1 D/A 转换器 10.1.3 R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC 误差分析 1、因参考电压的偏离引起的误差 2、实际运放的偏离引起的误差 3、模拟开关的导通压降引起的误差 4、电阻阻值的偏差引起的误差 一种简化的CMOS开关型D/A转换器 CMOS开关电路的组成及工作原理 D/A转换器的主要参数含义 1、分辨率:所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。位数越高,分辨能力就越强,分辨率的值越低(小)。 2、转换精度(绝对精度):实际输出的模拟电压与理论输出模拟电压间的最大误差。与元件参数的精度、工作温度、运放的温度漂移及转换位数有关。通常要求小于最小电压变化量的一半。 3、转换时间:衡量转换速度。 4*、线性度:又称为非线性误差,是偏离理想的输入-输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分率。 由5G7520构成数控电流源 10.2 A/D转换器 4、分两步完成。 10.2.4 并联(行)比较型A/D 逐次渐近型A/D的特点 1、n位逐次渐近型A/D完成一次转换需进行n次比较,经n+2个时钟脉冲,即转换一次所需时间固定,为(n+2)Tcp,属于中速A/D。 2、由于转换所需时间不随输入的改变,可采用定时查询的方式读取转换结果。 3、电路简单,成本较低。 ADC0809也是8位CMOS逐次渐近型A/D,主要用于微机数据采集系统。 ADC0809的典型接线 10.2.5 A/D转换器的主要参数 分辨率:输出数字最低位发生变化时对应输入模拟信号的变化量。 相对精度:实际输出数字量与理论输出数字量之间的最大差值。常用最低有效位的倍数表示,如(1/2)LSB。 转换速度 基本原理:对输入模拟电压和基准电压进行两次积分,先对输入模拟电压进行积分,将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔T1,再利用计数器测出此时间间隔,则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压;接着对基准电压进行同样的处理。 原理电路 10.2.3双积分型A/D转换器 * * * 数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电流),使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。 实现数模转换的电路称数模转换器 Digital - Analog Converter,简称 D/A 转换器或 DAC。 模数转换即将模拟电量转换为数字量,使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。 实现模数转换的电路称模数转换器 Analog - Digital Converter,简称 A/D 转换器或 ADC。 模拟量 数字量 模拟量 数字量 传感器 被控对象 自然界物理量 为何要进行数模和模数转换? 数字 信号 物理量 模拟信号 压力传感器 温度传感器 流量传感器 四 路 模 拟 开 关 数 字 控 制 计 算 机 DAC 模拟控制器 模拟控制器 液位传感器 DAC DAC … … … … 模拟控制器 模拟控制器 生 产 控 制 对 象 DAC ADC 数模和模数转换器应用举例 主要要求: 了解数模转换的基本原理。 了解常用 D/A 转换器的类型和主要参数。 了解 R - 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器的 电路与工作原理。 了解 权电阻网络 D/A 转换器的电路与工作原理。 输出模拟电压 uO = D△ = (Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + ??? + D1 21 + D0 20 )△ 可见,uO ∝ D,uO 的大小反映了数字量 D 的大小。 DAC D0 D1 Dn-2 Dn-1 … uO n 位二进制数输入 模拟电压输出 一、数模转换的基本原理 LSB — Least Significant Bit 输入数字量 D = (Dn-1 Dn-2 ??? D1 D0 ) 2 = Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + ??? + D1 21 + D0 20 △ 是 DAC 能输出的最小电压值,称为 DAC 的单位量化电压,它等于 D 最低位(LSB)为 1、其余各位均为 0 时的模拟输出电压(用 ULSB 表示)。 10.1.1 D/A转换器的构成 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。 设RF=R/2 S0 + + - △ ∞ uO S1 S2 S3 D3 D2 D1 D0 iΣ RF I I3 I2 I1 I0 VREF 2R 2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 0 1 1 1 1 0 0 0 R R R (一)
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