数字电子技术第七章数模与模数转换电路精品文稿.ppt

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1、数字电子技术第七章数模与模数转换电路第1页，本讲稿共32页概述概述一、数一、数/模和模模和模/数器是模拟、数字系统间的桥梁数器是模拟、数字系统间的桥梁模模 /数数（A/D）转换转换:Analog to Digital Converter（ADC）数数/模（模（D D /A A）转换）转换:Digital to Analog Converter（DAC）数字计算机数字计算机模拟系统模拟系统A/DD/A二进制二进制线性线性存储存储分析分析控制控制物理物理 生物生物 化学化学第2页，本讲稿共32页二、二、常见常见数模、模数转换器应用系统举例数模、模数转换器应用系统举例压力传感器压力传感器温度传感器温

2、度传感器流量传感器流量传感器四四路路模模拟拟开开关关数数字字控控制制计计算算机机DAC模拟控制器模拟控制器模拟控制器模拟控制器液位传感器液位传感器DACDAC模拟控制器模拟控制器模拟控制器模拟控制器生生 产产 控控 制制 对对 象象 DACADC物理量物理量物理量物理量二进制二进制二进制二进制信号信号信号信号模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号三、三、A/D、D/A 转换器的精度和速度转换器的精度和速度精度精度保证转换的保证转换的准确性准确性速度速度保证保证适时控制适时控制第3页，本讲稿共32页7.1 D/A转换器（转换器（DAC）7.1.1 D/A转换的基本要求转换的基本要求1.D/A转换思路转

3、换思路d0d1dn-1DACDACuO或或iOn 位位二进制二进制如如(1101)2可利用运算放大器实现运算可利用运算放大器实现运算2.转换特性转换特性DuO/V7654321001 010 011 100 101 110 111一、输入、输出关系框图一、输入、输出关系框图第4页，本讲稿共32页二、二、D/A 转换的电路组成转换的电路组成RRR2R2R2R2RUREFS0S1S2d0d0d1d2d1d2电子电子开关开关电阻网络电阻网络求和运放求和运放当当 d2d1d0=100,II/2I/4I/8I/2I=UREF/RuO三、工作原理三、工作原理第5页，本讲稿共32页当当 d2d1d0=110

4、,IRRR2R2R2R2RUREFuOI/2I/4I/8第6页，本讲稿共32页当当 d2d1d0=111,IRRR2R2R2R2RUREFuOI/2I/4I/8表达的一般形式表达的一般形式第7页，本讲稿共32页四、输入为四、输入为 n 位二进制数时的表达式位二进制数时的表达式当当 D=dn-1 dn-2 d1 d0 Ku 转换比例系数转换比例系数第8页，本讲稿共32页7.1.2 DAC 的转换精度、速度和主要参数的转换精度、速度和主要参数一、转换精度一、转换精度指指 D/A 转换器模拟输出产生的最小电压变化量与满刻转换器模拟输出产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比，也可用输入的位数表示。度

5、输出电压之比，也可用输入的位数表示。为实际输出与理想输出模拟电压间的最大误差。为实际输出与理想输出模拟电压间的最大误差。ULSBUFSR=12n1分辨率分辨率=LSB Least Significant Bit2.转换误差转换误差可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最低有可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最低有效位（效位（LSB）的倍数表示。）的倍数表示。如如:（LSB）=输入为输入为 001 时输出模拟电压的一半。时输出模拟电压的一半。1.1.分辨率分辨率（Resolution）FSR Full Scale Range第9页，本讲稿共32页二、转换速度二、转换速度1.建立时间建立时

6、间 ts ts 为在大信号工作下（输入由为在大信号工作下（输入由全全 0 变为全变为全 1，或由或由全全 1 变为全变为全 0）,输出输出 电压达到某一规定值所需时间电压达到某一规定值所需时间。不包含不包含 UREF 和运放的单片和运放的单片 DAC 最短最短 ts 0.1 s；包含包含UREF 和运放的单片和运放的单片 DAC 最短最短 t s 0，uO 0)0)S2CS1uI逻辑逻辑控制门控制门C定时器定时器n 位二进制位二进制计数器计数器&dn1d0uCPCPCP基准电压基准电压 0 正向积分：正向积分：对被测信号对被测信号uI进行定时积分，完成一次进行定时积分，完成一次 2n 进制计数

7、。进制计数。反向积分反向积分：对：对基准电压积分基准电压积分至至u=0，计数结果与计数结果与uI成正比。成正比。第24页，本讲稿共32页S2CS1uI逻辑逻辑控制门控制门C定时器定时器3 位二进制位二进制计数器计数器&d2d0uCPCP基准电压基准电压 逐次比较型逐次比较型 双积分型双积分型第28页，本讲稿共32页7.2.7 几种几种A/D转换器的性能比较转换器的性能比较一、一、A/D类型：类型：直接直接 A/D反馈比较型：反馈比较型：逐次比较型逐次比较型，计数型。，计数型。间接间接 A/D电压电压-时间变换型（时间变换型（V-T）：）：双积分型双积分型电压电压-频率变换型（频率变换型（V-F

8、）并联比较型并联比较型二、性能比较：二、性能比较：优点优点缺点缺点并联比较型并联比较型转换速度高转换速度高转换精度差转换精度差逐次比较型逐次比较型分辨率高、误差低分辨率高、误差低转换速度较快转换速度较快双积分型双积分型性能稳定性能稳定转换精度高转换精度高抗干扰能力强抗干扰能力强转换速度低转换速度低第29页，本讲稿共32页第七章第七章 小小 结结一、一、D/A 转换器转换器1.功能：功能：将输入的二进制数转换成与之成正比的将输入的二进制数转换成与之成正比的模拟电量。模拟电量。2.种类：种类：权电阻网络、权电阻网络、R-2R T 形电阻网络和形电阻网络和 R-2R 倒倒 T 形电阻网络形电阻网络

9、D/A 转换器。转换器。实现数模转换有多种方式，常用的是电阻实现数模转换有多种方式，常用的是电阻网络网络 D/A 转换器，包括转换器，包括 其中以其中以 R-2R 倒倒 T 形电阻网络形电阻网络 D/A 转换器为重点作了详转换器为重点作了详细介绍，它的特点是速度快、性能好，适合于集成工艺制造，细介绍，它的特点是速度快、性能好，适合于集成工艺制造，因而被广泛采用。因而被广泛采用。3.分辨率和转换精度：分辨率和转换精度：与与 D/A 转换器的转换器的位数位数有关，位数越多，分辨率和精度越高。有关，位数越多，分辨率和精度越高。第30页，本讲稿共32页二、二、A/D 转换器转换器1.功功 能：能：将输

10、入的模拟电压转换成与之成正比的将输入的模拟电压转换成与之成正比的二进制数。二进制数。2.转换过程：转换过程：采样、保持、量化、编码。采样、保持、量化、编码。采样采样 保持电路保持电路A/D转换器转换器采样采样-保持电路：保持电路：对输入模拟信号抽取样值，并展宽（保持）。对输入模拟信号抽取样值，并展宽（保持）。采样时必须满足采样定理，即采样时必须满足采样定理，即 fs 2 fImax。量化量化 对样值脉冲进行分级。对样值脉冲进行分级。编码编码 将分级后的信号转换成二进制代码。将分级后的信号转换成二进制代码。A/D 转换器：转换器：第31页，本讲稿共32页二、二、A/D 转换器转换器3.种类：种类

11、：直接转换型和间接转换型。直接转换型和间接转换型。直接转换型直接转换型 并联比较型（速度快、精度低）并联比较型（速度快、精度低）逐次渐近型（速度较快、精度较高）逐次渐近型（速度较快、精度较高）间接转换型间接转换型 双积分型（速度慢、精度高、抗干扰双积分型（速度慢、精度高、抗干扰 能力强）能力强）不论是不论是 D/A 转换还是转换还是 A/D 转换，基准电压转换，基准电压 VREF 都是都是一个很重要的应用参数，要理解基准电压的作用，尤其是一个很重要的应用参数，要理解基准电压的作用，尤其是在在 A/D 转换中，它的值对量化误差、分辨率都有影响。转换中，它的值对量化误差、分辨率都有影响。第32页，本讲稿共32页