电子技术--数字电路部分 第九章 数模和模数变换器.ppt

四、分类 * 电子技术 数字电路部分 第九章 数/模与模/数变换器 第九章 数/模与模/数变换器 §9.1 概述 §9.2 D/A 变换器 §9.3 A/D 变换器 一、数/模和模/数器是模拟、数字系统间的桥梁 模 / 数（A / D）转换: Analog to Digital Converter（ADC） 数 / 模（D / A）转换: Digital to Analog Converter DAC） 数字计算机 模拟系统 A/D D/A 二进制 二进制 线性 线性 存储 分析 控制 物理 生物 化学 §9 .1 概述 由于构成数字代码的每一位都有一定的“权重”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权重”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A变换器的基本思想。 D/A变换器的电路形式很多，这里只介绍两种。 §9.2 D/A 变换器 9.2.1 权电阻D/A变换器 这种变换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网络”、“运算放大器”和“基准电源”等部分组成。 UR + + - A uo S2 S3 S1 S0 R R/2 R/4 R/8 R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 5 k R = 80 k 0 0 1 1 电子模拟开关( S0-S3)由电子器件构成，其动作受二进制数D0-D3 控制。 当 DK ＝1 时，则相应的开关SK 接到位置1上，将基准电源UR经电阻Rk引起的电流接到运算放大器的虚地点（如图中S0、S1）； 当Dk＝0 时，开关Sk 接到位置0 ，将相应电流直接接地而不进运放（如图中S2、S3）。 + + - A uo S2 S3 S1 S0 R R/2 R/4 R/8 R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 UR 5 k R = 80 k T1 T2 S D a 电子模拟开关的 简化原理电路 当 D = 1 时，T2 管饱和导通，T1 管截止，则 S 与 a 点通 ； 当 D = 0 时，T1 管饱和导通，T2 管截止，则 S 被接地 。 前者相当于开关S 接到 “ 1 ” 端 ，后者则 相当于开关S 接到“ 0 ”端 。 Uo = - UR RF R （ ） D3 D0 D1 D2 23 20 21 22 ＋ ＋ ＋ 根据反相比例运算公式可得： 显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的大小成正比，从而实现了数字量 到模拟量的转换 。 + + - A uo S2 S3 S1 S0 R R/2 R/4 R/8 R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 UR 5 k R = 80 k 9.2.3 DAC 的转换精度、速度和主要参数 一、转换精度 指 D/A 转换器模拟输出产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比，也可用输入的位数表示。 　　为实际输出与理想输出模拟电压间的最大误差。 ULSB UFSR = 1 2n–1 分辨率= LSB —Least Significant Bit 2.转换误差 　　可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最低有效位（LSB）的倍数表示。 如: ? （LSB）= 输入为 0…01 时输出模拟电压的一半。 1.分辨率（Resolution） FSR — Full Scale Range 二、转换速度 1. 建立时间 ts ts 为在大信号工作下（输入由全 0 变为全 1，或由全 1 变为全 0）, 输出 电压达到某一规定值所需时间 。 不包含 UREF 和运放的单片 DAC 最短 ts 0.1 ?s；包含 UREF 和运放的单片 DAC 最短 t s 1.5 ?s。 2. 转换速率 SR 用大信号工作状态下模拟电压的变化率表示 TTR = ts + tr （tf） 上升时间 下降时间 完成一次转 换所需时间 TTR（max） = ts+ UO（max） / SR 概述 ADC Dn~D0 输出数字量 输入模拟电压 能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。 1. A/D功能: 9.3 A/D 转换器 2. A/D转换器分类 ① 并联比较型 特点: 转换速度快,转换时间 10ns ~1?s, 但电路复杂。 ② 逐次逼近型 特点: 转换速度适中,转换时间 为几?s ~100 ?s, 转换精度高，在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡。 ③ 双积分型 特点: 转换速度慢,转换时间 几百?s ~几ms,但抗干扰能力最强。