模数转换器与数模转换器.ppt
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1、第九章第九章 数数/模和模模和模/数转换数转换 三、三、ADC的主要技术参数的主要技术参数 一、一、A/D转换基本原理转换基本原理二、二、A/D转换器工作原理转换器工作原理A/DA/D转换转换 四、四、集成集成A/D转换器及其应用转换器及其应用举例举例 1复习复习为什么要ADC或DAC?组成D/A转换器的基本指导思想?DAC的主要技术参数?2一、一、A/D转换基本原理转换基本原理 A/D转换目标:将时间连续、幅值也连续的模拟信号转换为时间离散、幅值也离散的数字信号。四个步骤:采样、保持、量化、编码。A/DA/D转换转换 1.采样与保持 (1)将一个时间上连续变化的模拟量转换成时间上离散的模拟量
2、称为采样。3图9-7 采样过程示意图 取样定理:设取样脉冲s(t)的频率为fS,输入模拟信号x(t)的最高频率分量的频率为fmax,必须满足 fs 2fmaxy(t)才 可 以 正确的反映输入信号(从而能不失真地恢复原模拟信号)。通常取fs(2.53)fmax。4(2)由于A/D转换需要一定的时间,在每次采样以后,需要把采样电压保持一段时间。s(t)有效期间,开关管VT导通,uI向C充电,uO(=uc)跟随uI的变化而变化;s(t)无效期间,开关管VT截止,uO(=uc)保持不变,直到下次采样。(由于集成运放A具有很高的输入阻抗,在保持阶段,电容C上所存电荷不易泄放。)图9-8 采样保持电路及
3、输出波形52.2.量化和编码量化和编码 数字量最小单位所对应的最小量值叫做量化单位。将采样保持电路的输出电压归化为量化单位的整数倍的过程叫做量化。用二进制代码来表示各个量化电平的过程,叫做编码。一个n位二进制数只能表示2n个量化电平,量化过程中不可避免会产生误差,这种误差称为量化误差。量化级分得越多(n越大),量化误差越小。6划分量化电平的两种方法(a)量化误差大;(b)量化误差小 7三、三、A/D转换器工作原理转换器工作原理 直接A/D转换器:并行比较型A/D转换器 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 电压转换型A/D转换器 1.逐次比较型A/D转换器天平称重过程
4、:砝码(从最重到最轻),依次比较,保留/移去,相加。逐次比较思路:不同的基准电压砝码。8图7-9 逐次逼近型ADCADC电路框图 CPD n-1D n-2 D n-3D1D0u0(V)uIuO?01 0 0 000.5UREF1(D n-1为1)/0(D n-1为0)1D n-1 1 0 000.75/0.25UREF1(D n-2为1)/0(D n-2为0)2D n-1 D n-2 1 001(D n-3为1)/0(D n-3为0)n-1D n-1D n-2 D n-3D111(D 0为1)/0(D 0为0)基准电压UREFn位A/D转换器 电路由启动脉冲启动后:9实例8位A/D转换器,输入
5、模拟量uI=6.84V,D/A转换器基准电压 UREF=10V。相对误差仅为0.06%。转换精度取决于位数。CPD7D6D5D4D3D2D1D0u0(V)uIuO010000000511110000007.502101000006.2513101100006.87504101010006.562515101011006.7187516101011106.79687517101011116.83593751uIuO为1否则为0 10图9-10 8位逐次比较型A/D转换器波形图 112.2.双积分型双积分型A/DA/D转换器转换器 基本原理:对输入模拟电压uI和基准电压-UREF分别进行积分,将输
6、入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔T2,然后在这个时间间隔里对固定频率的时钟脉冲计数,计数结果N就是正比于输入模拟信号的数字量信号。(1)电路组成12图7-11 双积分型ADCADC电路 积分器:Qn=0,对被测电压uI进行积分;Qn=1,对基准电压-UREF进行积分。检零比较器C:当uO0时,uC0;当uO0时,uC1。计数器:为n1位异步二进制计数器。第一次计数,是从0开始直到2n对CP脉冲计数,形成固定时间T12nTc(Tc为CP脉冲的周期),T1时间到时Qn1,使S1从A点转接到B点。第二次计数,是将时间间隔T2变成脉冲个数N保存下来。时钟脉冲控制门G1:当uC=1时,门G1打开,
7、CP脉冲通过门G1加到计数器输入端。13积分器:Qn=0,对被测电压uI进行积分;Qn=1,对基准电压-UREF进行积分。检零比较器C:当uO0时,uC0;当uO0时,uC1。计数器:为n1位异步二进制计数器。第一次计数,是从0开始直到2n对CP脉冲计数,形成固定时间T12nTc(Tc为CP脉冲的周期),T1时间到时Qn1,使S1从A点转接到B点。第二次计数,是将时间间隔T2变成脉冲个数N保存下来。时钟脉冲控制门G1:当uC=1时,门G1打开,CP脉冲通过门G1加到计数器输入端。(1)电路组成14 (2)工作原理 图9-12 双积分型ADC的工作波形 先定时(T1)对uI正向积分,得到Up,U
8、puI;再对UREF积分,积分器的输出将从Up线性上升到零。这段积分时间是T2,T2UpuI;在T2期间内计数器对时钟脉冲CP计得的个数为N,NT2UpuI。由于这种转换需要两次积分才能实现,因此称该电路为双积分型ADC。15工作过程:工作过程:准备阶段:转换控制信号CR0,将计数器清0,并通过G2接通开关S2,使电容C放电;同时,Qn0使S1接通A点。16 采样阶段:当t0时,CR变为高电平,开关S2断开,积分器从0开始对uI积分,积分器的输出电压从0V开始下降,即17 与此同时,由于uO0,故uC1,G1被打开,CP脉冲通过G1加到FF0上,计数器从0开始计数。直到当tt1时,FF0FFn
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