数字电子技术基础 chapt10.ppt

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1、第十章 数模和模数转换,10.1 概述 10.2 D/A转换 10.3 A/D转换,10.1 概述(1),一、A/D转换 把模拟信号转换为数字信号的称为模-数转换，简称为A/D转换 把实现A/D转换的电路称为A/D转换器，简称为ADC 二、D/A转换 把数字信号转换为模拟信号的称为数-模转换，简称为D/A转换 把实现D/A转换的电路称为D/A转换器，简称为DAC,10.1 概述(2),拾音器,放大器,扬声器,功率放大器,滤波器,A D C,滤波器,计算机系统,D A C,三、A/D、D/A的作用,四、ADC和DAC的两个性能指标 1、转换速度 2、转换精度,五、ADC和DAC的分类 1、DAC

2、的分类： 权电阻网络D/A转换器 倒梯形电阻网络D/A转换器 权电流型D/A转换器 权电容网络D/A转换器 开关树形D/A转换器,2、ADC的分类： 直接A/D转换器 间接A/D转换器,10.1 概述(3),输入数字量,输出电压,参考电压（基准电压）,一、原理图,10.2 D/A转换(1),二、 权电阻网络DAC,10.2 D/A转换(2),10.2 D/A转换(3),10.2 D/A转换(4),三、 倒梯形电阻网络DAC 1、电路构成,10.2 D/A转换(5),2、电路特点： 1）倒梯形电阻网络中只有R和2R两种阻值的电阻，这给集成电路的设计和制作带来很大的方便。,2）当输入数字信号的任何

3、以为是1的时候，对应开关便将2R电阻接到运放反向输入端，而当其为0时，便将2R电阻接地；求和放大器反向输入端的电位始终接近于0，所以无论开关合到哪一边，流过每个支路的电流始终不变。,10.2 D/A转换(6),3、倒梯形电阻网络集成D/A转换器CB7520(AD7520)为10位的输入CMOS集成电路,10.2 D/A转换(7),四、具有双极性输出的D/A转换器 只要在求和放大器的输入端接入一个偏移电流，使输入最高位为1而其他各位输入为0时的输出V0=0，同时将输入的符号位反相后接到一般的D/A转换器的输入，就得到了双极型输出的D/A转换器。,10.2 D/A转换(8),10.2 D/A转换(

4、9),10.2 D/A转换(10),五、DAC的转换精度和转换速度 1、DAC的转换精度 1）分辨率是用以说明DAC在理论上可达到的精度。其定义是电路所能分辨的最小输出电压LSB与最大输出电压之比FSB，即： 分辨率=FSB/LSB=1/(2n-1) 上式说明输入数字的位数n越多，分辨率越小，分辨能力越高。,10.2 D/A转换(11),2）转换误差是用以说明DAC转换器实际上所能达到的转换精度，可用输出电压满刻度值的百分数来表示，也可以用LSB的倍数来表示。 转换误差又分静态误差和动态误差。 产生静态误差的原因是基准电源VREF得不稳定、运放的零点漂移、模拟开关导通时的内阻和压降级电阻网络种

5、阻值的偏差等； 动态误差则是在转换的动态过程中所附加的误差，它是由分布电容和分布电感引起的。,10.2 D/A转换(12),2、DAC的转换速度有两种衡量方法 1）建立时间tset是在输入数字量各位由全0变为全1或由全1变为全0时，输出电压达到某一规定值（例如取1/2LSB或满刻度值的0.01%）所需要的时间。 目前，在某些集成D/A转换器中，tset0.1s;在内部包含有基准电源和求和运算放大器的集成D/A转换器中，最短的建立时间可以达到1.5s。建立时间是最常用的衡量方法。 2）转换速率SR是在大信号工作时，即输入数字量各位由全0变为全1或由全1变为全0时，输出电压的变化率。,10.2 D

6、/A转换(13),一、 A/D转换的一般过程：,ADC,+ VI ,D0 Dn-1,采样,保持,量化,编码,10.3 A/D转换器(1),fsfi(max),采样频率:每秒钟采样的次数,输入信号Vi的最高频率分量的频率,Vi,t,Vs,10.3 A/D转换器(2),二、香农采样定理 为了保证采样信号Vs能正确地表示模拟输入信号Vi，必须满足,三、量化与编码 量化：把采样电压表示为最小量化单位（)的 整数倍的过程即: Vs/ ,余数即为量化误差,编码:把量化的结果(的整数倍)用二进制代码表示,这些代码就是A/D转换的结果,10.3 A/D转换器(3),例:试用三位二进制代码对01V的电压进行 量

7、化与编码(取=1/8V),0,1/8V,7/8V,2/8V,3/8V,4/8V,5/8V,6/8V,1V,0 000,1 001,2 010,3 011,4 100,5 101,6 101,7 110,Vi 量化结果 编码结果,10.3 A/D转换器(4),如果取=2/15V,量化误差为1/15V,0,1/15V,13/15V,3/15V,5/15V,7/15V,9/15V,11/15V,1V,0 000,1 001,2 010,3 011,4 100,5 101,6 101,7 110,Vi 量化结果 编码结果,10.3 A/D转换器(5),四、采样保持电路,10.3 A/D转换器(6),六

8、、 直接ADC,1、并联比较型ADC,电压比较器,状态寄存器,编码器 代码转换器,输出锁存器,+ Vi ,具体电路图见P481图9、3、7,10.3 A/D转换器(7),2、计数型ADC,DAC,计数器,输出寄存器,脉冲源,+ - C,&,VL,Vs,Vo,VB,CP,10.3 A/D转换器(8),3、逐次渐近型ADC,DAC,逐次渐近寄存器,输出寄存器,脉冲源,+ - C,VL,Vs,Vo,VB,CP,控制逻辑,具体电路图见P485图9.3.10,10.3 A/D转换器(9),10.3 A/D转换器(10),1、双积分型ADC,积分电路,过零电压比较器,控制逻辑,计数器,时 钟脉冲源,Vs,-VREF,VL,CP,S1,S1,S0,具体电路图见P489图9.3.13,七 、间接ADC,2、V-F变换型ADC,VCO,&,计数器,寄存器,Vs,VG,V0,10.3 A/D转换器(11),10.3 A/D转换器(12),一、ADC的转换精度 分辨率、转换误差,二、ADC的转换速度 并联比较型：50ns以内 逐次渐近型：10100s(1 s以内) 双积分型:数十毫秒-数百毫秒,八、 ADC的性能指标,