第9章电子技术基础课件.pptx

第9章 数/模和模/数转换器9.1 数/模转换器DAC9.2 模/数转换器ADC学习目的与要求 理解数∕模和模∕数转换的基本概念；熟悉数∕模和模∕数转换器的工作原理及特点；了解常用数∕模和模∕数转换器主要技术指标的意义。 概 述 数/模与模/数是计算机与外部设备的重要接口，也是数字测量和数字控制系统的重要部件。 能将数字量转换成模拟量的装置称为数/模转换器，简称D/A转换器；能将模拟量转换为数字量的装置称为模/转换器，简称A/D转换器。数字计算机数字信号模拟信号ADC传感器控制对象DAC模拟控制9.1 数/模转换器DAC 数/模转换器中的文字D代表数字量，A代表模拟量，转换器用C表示。目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。 1. DAC的基本概念 构成数字代码的每一位都具有一定的“权重”。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。 (1) DAC的转换特性 DAC电路的作用是将输入的数字量转换成与输入数字量成正比输出模拟量。在转换过程中，将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以电压或电流的形式输出。基准电压DAC组成框图数字量输入数据锁存器求和放大电阻网络模拟量输出电子开关 图中数据锁存器用来暂时存放输入的数字信号。n位锁存器的并行输出分别控制n个模拟开关的工作状态。通过模拟开关，将参考电压按权关系加到电阻解码网络。 对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字/模拟转换。当输入的数字量是由n位8421BCD码表示的数字信号X时，其从高位到最低位的权依次为依次为2n-1、2n-2 … 21、20等，其大小可表示为：DAC电路的输出模拟电压u0（或模拟电流i0）为： 电流转换系数电压转换系数u0/V7654321D0000001010011100101110111 当Ru（或Ri）为1、n＝３时，根据上式可得DAC的转换特性曲线如下图所示：模拟输出理想特性数字输入DAC的转换特性曲线 (2) DAC的主要参数 1）分辨率：用来说明D/A转换器最小输出电压(此时输入的数字代码只有最低有效位为1，其余各位都是 0 )与最大输出电压 (此时输入的数字代码所有各位全是 1 )之比。例 一个8位和一个10位的两个DAC，其分辨率分别为： 从上式可看出：DAC输入数字量的位数n越多，电路的分辨能力越高。因此，有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率的高低。 2）绝对精度(或绝对误差)和非线性度 绝对精度是指输入端加对应满刻度数字量时，DAC输出的实际值与理论值之差。一般绝对误差应低于uLSB/2。 在满刻度范围内，偏离理想转换特性的最大值称为非线性误差。非线性误差与满刻度值之比称非线性度，常用百分比表示。 3）建立时间 指输入变化后，输出值稳定到距最终输出量±uLSB所需的时间。建立时间反映了DAC电路转换的速度。 除此之外，在选用DAC器件时，还需要考虑其电源电压、输出方式、输出值范围及输入逻辑电平等参数。···Xn-120 RURRF∞-··+Sn-1+Xn-221 RSn-22n-2 RX2S2X12n-1 RS1X02n-0 RS02. DAC的工作原理 (1) 权电阻网络DAC模拟电子开关反馈网络u0n位二进制数字输入集成运放 权电阻，从最低位到最高位，每一个位置上的电阻都是相邻高位电阻值的2倍。I3I1IFRFUR∞-+20 RS3+X3S221 RX222 RS1X123 RS0X0 权电阻网络DAC工作原理10u010 当输入的数字信号为1010时，电子模拟开关的动作受此二进制数控制，相应为“1”的开关接到位置1上；将基准电压UR经电阻引起的电流通入运放的反相输入端，即流入求和电路；相应数字量为“0”的权电阻由开关S直接到“地”。I3I1IFRFUR∞-+20 RS3+1X3S221 R0X2u022 RS11X123 RS00X0若RF=5KΩ，R=80KΩ时I1I0I3IFRFUR∞-+20 RS3+X3S221 RX222 RS1X123 RS0X010u011仍有RF=5KΩ，R=80KΩI2I3IFRFUR∞-+20 RS3+X3S221 RX222 RS1X123 RS0X011u000仍有RF=5KΩ，R=80KΩ 显然，输出模拟电压的大小直接与输入的二进制数大小成正比，从而实现了数字量到模拟量的转换。Sn-12R2R2R2R2RXn-1结点BRF∞-RRRR++Xn-2结点CSn-2X2结点DS2结点EX1S1X0S0 ( 2) 倒T形电阻网络DAC