数电第十一章数模和模数转换.pptVIP

*由FFA～FFC构成3位数码寄存器，其输出为三位二进制数d2d1d0. *G1~G9组成控制逻辑电路。 图11.3.10 *运算放大器构成比较器，用它比较输入电压 vI和vo的大小 。 当前第94页\共有129页\编于星期四\18点 若设D/A转换器的参看电压VREF＝8V，输入的模拟电压为vI＝5.86V,则转换过程如下： (1) 开始前将FFA~ FFB置零，同时将环形计数器FF1~FF5置成Q1～Q5= 10000。 图11.3.10 当前第95页\共有129页\编于星期四\18点 而允许参考电压的变化量仅为 注：上面计算为输入、输出处于稳态下得出的，输入静态误差。在动态时，还有附加的动态转换误差。 当前第62页\共有129页\编于星期四\18点 例 11.2.2 某一测量仪器中有一个D/A转换器，若要求该D/A转换器的精度小于0.05%，试问应选多少位的D/A转换器？（自学） 解：若要求D/A转换器的精度小于0.05%，也是要求D/A转换器的实际输出值和理论值之间的误差（绝对误差），一般应低于 1LSB /2，即 两边同除输入为全为1时的最大电压得： 即 当前第63页\共有129页\编于星期四\18点 由于10位D/A转换器的分辨率也可表示为 故 由于10位D/A转换器分辨率为 故应取十位或十位以上的D/A转换器。 当前第64页\共有129页\编于星期四\18点 由于输入的模拟信号在时间上是连续的，输出的数字信号在时间和幅值都是是离散的，因此转换时一般要经过取样、保持、量化和编码 四个过程。实际中有时取样和保持、量化和编码会同时实现。 11.3 A/D转换器 11.3.1 A/D转换的基本原理 D 111101… A/D A (电压 或 电流)？ A/D转换器是将模拟量转换成数字量 其原理框图如下： 当前第65页\共有129页\编于星期四\18点 所以A/D转换过程是首先对输入模拟电压信号进行取样，然后保持并将取样电压量化为数字量，并按一定的编码形式给出转换结果。 一 、 取样定理： 取样是将随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量。 图11.3.1为对某个输入信号进行采样的波形。其中vs为取样信号，vI 表示输入的模拟信号。 图11.3.1 当前第66页\共有129页\编于星期四\18点 为了使得取样信号能逼近输入模拟信号，则取样信号应该有足够高的频率。为了保证取样信号将被取样信号恢复，其频率关系必须满足取样定理。 取样定理为： 若fs为取样信号的频率， fi（max）为输入模拟信号的最高频率分量的频率，则它们必须满足 一般取 注：在取样电路每次取得的模拟信号转换为数字信号时都需要一定的时间,而且为了给后续的量化编码提供一个稳定值，则每次取得的模拟信号必须通过保持电路保持一段时间。一般取样和保持过程往往是通过取样－保持电路同时完成的。 当前第67页\共有129页\编于星期四\18点 二 、量化和编码： 1.量化 数字量不仅时间上是离散的，而且数值上也是离散的，所以任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。将采样电压表示为最小数量单位（Δ）的整数倍，称为量化。所取得最小数量单位叫做量化单位，用△表示，它是数字信号最低位（LSB）为1,其它位为0时所对应的模拟量，即1LSB。如图11.2.3所示 当前第68页\共有129页\编于星期四\18点 将量化的结果用代码（可以是二进制，也可以是其他进制）表示出来，这个过程称为编码，这些代码也是A/D转换器的输出数字量。 3. 量化误差： 由于模拟电压是连续的，那么不可能所有的电压都能被量化单位△整除，所以量化过程不可避免地会引入误差，这种误差就叫做量化误差。量化误差属于原理性误差，无法消除。A/D转换器的位数越多，各离散电平之间的差值就越小，量化误差也越小。 2.编码： 当前第69页\共有129页\编于星期四\18点 4.量化方式： a. 只舍不入量化方式 以3位A/D转换器为例，如图11.3.2（a）所示。设输入电压vI为0~1V，取量化单位△＝1/8 V，量化中把不足量化单位部分舍弃，如0~1/8 V都当成0V处理，用000表示；在1/8~2/8V都当成1 △处理，即当成1/8V处理，用001表示，依此类推，，其最大量化误差为△ 。 当前第70页\共有129页\编于星期四\18点 注：由于后者的量化误差比前者小，所以大多数A/D转换器采用四舍五入的量化方式。 取量化单位为△ ＝2/15 V，如图11.3.2(b）所示，量化中将不足半个量化单位