第10章 数-模和模-数转换.ppt

数字电子技术DigitalElectronicsTechnology 第十章数 模 D A 和模 数 A D 转换 许昌学院 电子技术 课程组 数字部分 主要内容 10 1概述10 2D A转换10 3A D转换器重点掌握的内容 1 D A转换器的工作原理及其应用2 A D转换电路的基本原理及取样 保持电路 教学内容及教学要求 10 1概述 随着数字技术 在现代控制 通信及检测领域中 对信号的处理广泛采用了数字计算机技术 由于系统的实际处理对象往往都是一些模拟量 要使计算机或数字仪表能识别和处理这些信号 必须首先将这些模拟信号转换成数字信号 而经计算机分析 处理后输出的数字量往往也需要将其转换成为相应的模拟信号才能为执行机构所接收 这样 就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路 模数转换电路和数模转换电路 能将模拟信号转换成数字信号的电路 称为模数转换器 简称A D转换器 而将能把数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器 简称D A转换器 分类 10 2D A转换器 D A转换器的基本原理数字量是用代码按数位组合起来表示的 对于有权码 每位代码都有一定的权 为了将数字量转换成模拟量 必须将每1位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量 然后将这些模拟量相加 即可得到与数字量成正比的总模拟量 从而实现了数字 模拟转换 这就是构成D A转换器的基本思路 10 2 1权电阻网络D A转换器一 电路结构和工作原理 优缺点 1 优点 简单2 缺点 电阻值相差大 难于保证精度 且大电阻不宜于集成在IC内部 10 2 2倒T型电阻网络D A转换器 希望用较少类型的电阻 仍然能得到一系列权电流 R R R R 10 2 3权电流型D A转换器 1 原理电路 这组恒流源从高位到低位电流的大小依次为I 2 I 4 I 8 I 16 和输入的二进制数对应位的 权 成正比 由于采用了恒流源 每个支路的电流的大小不再受开关的内阻和压降的影响 从而降低了对开关电路的要求 当输入数字量的某一位代码Di 1时 开关Si接运算放大器的反相输入端 相应的权电流流入求和电路 当Di 0时 开关Si接地 分析该电路可得出 输出正比于输入的数字量 作业 10 110 210 4 10 2 4具有双极性输出的D A转换器当输入数字量有 极性时 希望输出的模拟电压也对应为 一 原理输入为三位二进制补码 最高位为符号位 正数为0 负数为1 将符号为反相后接至高位输入 将输出偏移使输入为100时 输出为0 1 二 电路实现 将符号为反相后接至高位输入 将输出偏移使输入为100时 输出为0 10 2 5D A转换器的转换精度与速度 一 转换精度1 分辨率 理论精度 n位DAC 应能输出0 2n 1个不同的等级电压 区分出输入的00 0到11 1 2n 1个不同状态用输入数字量的二进制数码位数给出2 转换误差 实际精度 用最低有效位的倍数来表示有时也用绝对误差与输出电压满刻度的百分数来表示 二 误差分析 三 转换速度1 建立时间 tset 指输入数字量变化时 输出电压变化到相应稳定电压值所需时间 一般用D A转换器输入的数字量NB从全0变为全1时 输出电压达到规定的误差范围 LSB 2 时所需时间表示 D A转换器的建立时间较快 单片集成D A转换器建立时间最短可达0 1 S以内 2 转换速率 SR 大信号工作状态下模拟电压的变化率 四 温度系数温度系数 指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 10 3A D转换器10 3 1A D转换的基本原理输入连续变化电压 输出为不连续的数字量 一 取样定理 二 量化和编码量化 将取样电压表示为最小数量单位 的整数倍编码 将量化的结果用代码表示出来 二进制 二 十进制 量化误差 当采样电压不能被 整除时 将引入量化误差 10 3 2取样 保持电路 加大输入电阻 减小输出电阻 Av 1 作业 10 710 8 10 3 3并联比较型A D转换器 量化 输入 量化 编码 2 特点 快 CP触发信号到达到输出稳定建立只需几十ns 精度 受参考电压 分压网络等因素影响 有存储器 不需要S H电路 电路规模 n位需要2n 1比较器 触发器 10 3 4反馈比较型A D转换器 1 计数型基本原理 取一个 D 加到DAC上 得到模拟输出电压 将该值与输入电压比较 如两者不等 则调整D的大小 到相等为止 则D为所求值 简单 慢 2 逐次渐近型 电路不太复杂 较快 10000 3位 5个CPN位 n 2 个CP 10 3 5双积分型A D转换器 在V T转换型A D转换器中 首先把输入的模拟信号转换成与之成正比的时间宽度信号 然后在这个时间内用固定频率脉冲计数 电路实现 10 3 6V F变换型A D转换器 10 3 7A D转换器的转换精度与转换速度 一 转换精度 1 分辨率 以输出二进制或十进制的位数表示 说明A D转换器对输入信号的分辨能力 2 转换误差