[工学]计算机逻辑基础09章.ppt

* 第9章 数—模和模—数转换 　　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 to Digital Converter，简称 A/D 转换器或ADC。 　　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 to Analog Converter，简称 D/A 转换器或 DAC。 计算机 模拟信号 模拟信号 A / D D / A 9.1 D/A转换器 9.1.1 D/A转换器的基本原理 n 位二进制数输入 模拟电压输出 输出模拟量 二进制数D的按权展开式为 按照译码网络的不同分类： 权电阻网络D/A 转换器、倒T形电阻网络D/A 转换器、权电流型D/A 转换器、权电容网络D/A 转换器等。 下面仅介绍权电阻网络D/A转换器和目前集成D/A转换器中常用的倒T形电阻网络D/A转换器。 9.1.2 权电阻网络D/A转换器 4位权电阻网络D/A转换器主要由权电阻网络、模拟开关、求和运算放大器和基准电源VREF四部分组成。 对于n位的权电阻网络D/A转换器: 特点：结构比较简单，所用的电阻元件数很少。 缺点：各个电阻的阻值相差较大，尤其在输入信号 的位数较多时，这个问题就更加突出。 9.1.3 倒T形电阻网络D/A转换器 当某位数码为1时，相应的开关将电阻接到运算放大器A的反相输入端（求和点虚地）； 当某位数码为0时，相应的开关将电阻接到运算放大器的同相输入端（地）。 I I/16 VREF 2R 2R 2R 2R 2R R R R I/8 I/4 I/2 对于n位输入的倒T形电阻网络D/A转换器： 倒T形电阻网络D/A转换器的特点是： 1. 电阻种类少，只有R和2R两种，有利于提高制作精度; 2．模拟开关在地和虚地之间转换，不论开关状态如何， 各支路的电流始终不变，因此不需要电流建立时间； 3．各支路电流直接流入运算放大器的输入端，不存在 传输时间差，因而提高了转换速度，并减小了动态 过程中输出端可能出现的尖峰脉冲。 9.1.4 集成D/A转换器及主要技术参数 1．集成D/A转换器 AD7520的电路的输入为10位二进制数，芯片内只含倒T形电阻网络、CMOS电流开关和反馈电阻 R（10K）。 设基准电压VREF=-10V，则 当输入数字量d9d8…d0均为1时，输出电压 当输入数字量d9d8…d0均为0时，输出电压 2．主要技术参数 （1）转换精度：分辨率、转换误差 分辨率：指对输出最小电压的分辨能力，定义为最小输出电压 VLSB（此时输入数字代码中只有最低有效位为1，其余各位均为0）与最大输出电压VOM（或称满量程输出电压，即此时输入数字代码中各位均为1）之比。 分辨率 如输入数字代码为10位的AD7520的分辨率 此时若输出模拟电压满量程为10V，则其能够分辨的最小电压为 转换误差：通常用输出电压满量程FSR（Full Scale Range的缩写）的百分数表示，也可以用最低有效位的倍数表示。 如，转换误差为 表示输出模拟电压的绝对误差等于最小输出电压 的一半。 （2）转换速度 通常用建立时间tset来定量 描述D/A转换器的转换速度。 9.2 A/D转换器 9.2.1 A/D转换器的基本原理 A/D转换器的功能是将模拟量的输入转换成数字量的输出。 一个完整的A/D转换过程，通常要经过取样和保持、量化 和编码步骤。 取样：将时间上连续变化的模拟量转换成时间上离散的模 拟量过程。 保持：保持取样信号，使有充分时间转换为数字信号。 取样保持电路 量化：把取样保持电路的输出信号用单位量化电压的整数 倍表示。方法一般有两种：只舍不入、有舍有入。编码：把量化的结果用二进制代码表示。 只舍不入 取量化单位 0–?之间的模拟电压归并到0? ?–2?之间的模拟电压归并到1? 此方法产生的最大量化误差为? … 有舍有入 取量化单位 0–?/2之间的模拟电压归并到0? ?/2–3?/2之间的模拟电压归并到1? 此方法产生的最大量化误差为?/2 … 按工作原理： 直接A/D转换器和间接A/D转换器两类。 直接A/D转换器： 并行比较型A/D转换器和逐次比较型 A/D转换器 间接A/D转换器： 双积分型A/D转换器、电压频率转换 型A/D转换器 9.2.2 逐次逼近型A/D转换器 主要由电压比较器、D/A转换器、控制逻辑、逐次