数摸转换器和模数转换器.ppt
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1、数摸转换器和模数转换器现在学习的是第1页,共44页 8.1 概述 8.2 数/模(D/A)转换器 8.3 模/数(A/D)转换器 数/模转换器与模/数转换器 84 V/F转换和F/V转换 现在学习的是第2页,共44页学习要求 模数转换和数模转换的工作原理;R-2R倒T型电阻网络D/A转换器的工作原理;逐次比较型的A/D转换转换器的工作原理;模数转换和数模转换的主要参数;掌握常用数模转换器的使用方法。现在学习的是第3页,共44页8.18.1概述概述 感官和器件接触和接收的是模拟信号,在存储在传送中使用的是数字信号。把数字信号把数字信号转变为相相应的模的模拟信号的信号的电路称路称为数模(数模(D/
2、A)转换器,器,简称称为DAC。把模把模拟信号信号转变为相相应的数字信号的的数字信号的电路称路称为模数(模数(A/D)转换器,器,简称称为ADC。现在学习的是第4页,共44页利用D/A转换、A/D转换的系统想一想:想一想:你身你身边有哪些有哪些电子子产品内需要品内需要A/D转换器和器和D/A转换器?器?检测电路路模模拟电信号信号A/D转换数字数字电路或路或计算机系算机系统D/A转换喇叭、喇叭、显像管等像管等声音、声音、图像像等等利用利用D/A转换、A/D转换的系的系统 模拟信号模拟信号数字信号数字信号现在学习的是第5页,共44页8.2 数/模(D/A)转换器 8.2.1D/A转换器的基本原理器
3、的基本原理 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。现在学习的是第6页,共44页1R-2R倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器所所以以,无无论Si处于于何何种种位位置置,与与Si相相连的的2R电阻阻均均接接“地地”(地或虚地)。(地或虚地)。当当Di=1时,Si接接运运算算放放大大器器反反相相输入入端端(虚虚地地),电流流Ii流入求和流入求和电路;当路;当Di=0时,Si将将电阻阻2R接地。接地。822电阻网阻网络D/A转换器器 模拟开关数码现在学习的是第7页,共44页 从任一端口左从任一端口左边往右看
4、,往右看,对地地电阻都阻都为R,每一端口,每一端口都可以看作两路分流,所以,越往右后都可以看作两路分流,所以,越往右后电流越小。流越小。节点点对地等效地等效电阻阻 现在学习的是第8页,共44页基准电流基准电流:I=VREF/R,流流过各开关支路(从右到左)的各开关支路(从右到左)的电流分流分别为I/2、I/4、I/8、I/16。分析计算:流入运算放大器反相端的流入运算放大器反相端的总电流流I I为:运算放大器的运算放大器的输出出电压为:现在学习的是第9页,共44页上上式式括括号号内内为n位位二二进制制数数的的十十进制制数数值,可可用用NB表表示示。如如果果使使式式中中Rf=R,则上式可以改写上
5、式可以改写为:将数将数码推广到推广到n位的情况,可得出位的情况,可得出输入数字量与入数字量与输出模出模拟量之量之间的的一般表达式一般表达式:分析计算:现在学习的是第10页,共44页2D/A转换器的输出方式转换器的输出方式按输出方式分有:数字电流型和数字电压型。数字电流型要加一个电压放大器。按输出极性分有:单极性(只有负电压或只有正电压)和双极性(从负电压变化正到正电压)。现在学习的是第11页,共44页1.转换精度转换精度3DAC的主要性能指标(2)转换误差比例系数误差、失调误差、非线性误差。此外,也可用D/A转换器的最小输出电压(数字量:00000001)与最大输出电压(数字量:全1)之比来表
6、示分辨率,N位D/A转换器的分辨率可表示为 1/(2n-1)。(1)分辨率D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。输入数字量位数越多,分辨率越高。所以,在实际应用中,常用数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。最小 vO=-KNB=-K1 最大 vO=-KNB=-K(2n-1)vO=-KNB现在学习的是第12页,共44页2.转换速度在输入不变的情况下,输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高1,输出电压变化的百分数作为温度系数。(2)转换速率(SR)在大信号工作状态下模拟电压的变化率。(1)建立时间(tset)当输入的数字量发生变化时,输出电压变化到相应稳定电压值
7、所需时间。最短可达0.1S。3.温度系数现在学习的是第13页,共44页4集成电阻网络D/A转换器的应用 DAC0832带有有两两个个输入入数数据据缓冲冲寄寄存存器器,是是一一种种单电源源(+5+15V)的的CMOS型型器器件件。其其参参考考电压VREF可可在在-9V+9V范范围内内选择,转换速度速度约为1s。D/A转换器在器在实际电路中路中应用很广,它不用很广,它不仅常作常作为接口接口电路路用于微机系用于微机系统,而且,而且还可利用其可利用其电路路结构特征和构特征和输入、入、输出出电量之量之间的关系构成数控的关系构成数控电流源、流源、电压源、数字式可源、数字式可编程增益控程增益控制制电路和波形
8、路和波形产生生电路等。路等。现在学习的是第14页,共44页DAC0832的功能示意的功能示意图和外引和外引线图现在学习的是第15页,共44页下下图是一个是一个单极性极性电压输出的出的电路原理路原理图,根据,根据数字量数字量转换,得到的,得到的输出出电流流Iout1通通过运算放大运算放大器的反器的反馈电阻阻 流向放大器的流向放大器的输出端,其出端,其输出出电压为 。数字数字输入入现在学习的是第16页,共44页下下图是是一一个个双双极极性性电压输出出电路路原原理理图,其其输出出电压数字数字输入入现在学习的是第17页,共44页DAC0832的应用电路想一想:想一想:要求要求输出出电压的最大的最大值为
9、10V,分辨率,分辨率为10mV,则最少最少应选用多少位的用多少位的DAC?现在学习的是第18页,共44页8.2.2 一位D/A转换器一位一位D/A转换器:把数字量的大小器:把数字量的大小转换成不同脉冲成不同脉冲宽度或不同脉冲度或不同脉冲频率的一种率的一种转换器。器。一位(一位(bit)数模)数模转换器由于器由于电路路简单、失真小、内置数字、失真小、内置数字滤波器,可波器,可以提高以提高输出模出模拟信号的信噪比等原因,在音信号的信噪比等原因,在音频DAC中中应用得非常多。用得非常多。一位一位D/A转换波形波形图现在学习的是第19页,共44页 由于输入的模拟信号在时间上是连续量,所以一般的A/D
10、转换过程为:取样、保持、量化和编码。如图所示。83模模/数(数(A/D)转换器)转换器 8.3.1 A/D转换的基本原理1A/D转换原理原理模模拟信号信号数字信号数字信号采采样保保持持量量化化编码现在学习的是第20页,共44页D/A转换的信号的信号处理理过程程 现在学习的是第21页,共44页(1)采样和保持)采样和保持 采采样:把在:把在时间上是上是连续的的输入模入模拟信号信号ui转换成在成在时间上是上是断断续的信号,的信号,输出脉冲波的包出脉冲波的包络仍反映仍反映输入信号幅度的大小。入信号幅度的大小。取取样定理,采定理,采样信号的信号的频率率fs和和输入模入模拟信号的最高信号的最高频率率fi
11、max之之间必必须满足下述条件足下述条件:fs2fimax 因因为每次把取每次把取样电压转换为相相应的数字量都需要一定的的数字量都需要一定的时间,所以在每次取,所以在每次取样以后,必以后,必须把取把取样电压保持一段保持一段时间。现在学习的是第22页,共44页(2)量化和编码 在用数字量表示取在用数字量表示取样电压时,也必,也必须把它化成把它化成这个最小数量个最小数量单位的整倍数,位的整倍数,这个个转化化过程就叫做量化。所程就叫做量化。所规定的最小数量定的最小数量单位叫位叫做量化做量化单位,用位,用S表示。表示。编码是是把把量量化化的的数数值用用二二进制制代代码表表示示。把把编码后后的的二二进制
12、制代代码输出出就就得得到到A/D转换的的输出出信信号号,对同同一一正正弦弦波波,若若S越越小小,误差差将将越越小小,编码时所所需需二二进制制代代码的的位位数数就就越越多多,对器件要求也越高。器件要求也越高。现在学习的是第23页,共44页2A/D转换器的主要技术指标 分辨率分辨率说明明A/D转换器器对输入信号的分辨能力。入信号的分辨能力。一一般般以以输出出二二进制制(或或十十进制制)数数的的位位数数表表示示。因因为,在在最最大大输入入电压一一定定时,输出出位位数数愈愈多多,量量化化单位位愈愈小小,分分辨辨率率愈高。愈高。(1)分辨率 例如,相对误差LSB/2,就表明实际输出的数字量和理论上应得到
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