数字电路与逻辑设计-ch9.数—模和模—数转换

第九章 数模和模数转换,9.1 D/A转换器,9.2 A/D转换器,9.1 概述,9.1 概述,将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器(简称A/D转换器或ADC)；,将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器(简称D/A转换器或DAC),将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。,基本原理,9.2 D/A转换器,D/A转换器的组成：,D/A转换器的分类：,按输入方式分：并行输入和串行输入。,按解码电路结构分：权电阻网络、T型电阻网络、倒T型电阻网络等。,理想运算放大器,1. 理想运算放大器,Auo ， rid ，ro 0 ， KCMR ,2. 电压传输特性 uo= f (ui),线性区：uo = Auo(u+ u),非线性区：u+ u 时， uo = +Uo(sat) u+ u 时， uo = Uo(sat),3. 理想运放工作在线性区的特点,因为 uo = Auo(u+ u ),所以(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+= u ,称“虚短”,(2) 输入电流约等于 0 即 i+= i 0 ,称“虚断”,电压传输特性,O,Auo越大，运放的 线性范围越小，必 须加负反馈才能使 其工作于线性区。,9.2.1权电阻型D/A转换器,求和运算电路,T型电阻网络,模拟量输出,输出的模拟量应正比于输入的数字量。 V0=VRD,基准电压,电子模拟开关,权电阻,+VR,9.2.1 权电阻网络D/A转换器,设输入数字（1010）B,若二进制数为n位,9.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器,为了克服权电阻电路难以保证精度问题，常采用倒T型电阻网络D/A转换器。,分别从虚线AA、BB、CC、DD处向右看的二端网络等效电阻都是R。不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。,9.2.4 D/A转换器的主要技术指标,指最小输出电压和最大输出电压之比。,1.分辨率,2.精度,（1）非线性误差（2）比例系数误差（3）失调误差,3.输出电压( 电流 )的建立时间,例:十位D/A转换器 的分辨率为,从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值所需时间.,有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。,通常D/A转换器的建立时间不大于1S,模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。,一、 A/D转换器的基本原理,9.3 A/D转换器,为减小采样信号的失真，采样开关S的控制信号CPs的频率fs必须满足fs2fimax。(fimax 为输入电压频谱中的最高频率),二、 并联比较型A/D转换器,1、电路、原理,分压器,比较器,寄存器,编码器,0uiVR/15时，7个比较器输出全为0，CP到来后，7个触发器都置0。经编码器编码后输出的二进制代码为D2D1D0000。VR/15ui3VR/15时，7个比较器中只有C1输出为1，CP到来后，只有触发器F1置1，其余触发器仍为0。经编码器编码后输出的二进制代码为D2D1D0 =001。,依此类推，可以列出ui为不同等级时寄存器的状态及相应的输出二进制数。,2、主要特点,1）转换精度: 由量化电平的划分决定。分得越细，精度越高。2）转换速度快 这是并联比较型A/D转换器的最大优点。3）需要很多电压比较器和触发器，使电路庞大。,三、逐次逼近式A/D转换器,其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：,2,8 g + 4 g,3,8 g + 4 g + 2 g,4,8 g + 4 g + 1 g,1,8 g,8g 13g ，,12g 13g，,13g 13g，,8 g,12 g,12 g,13g,保留,保留,撤去,保留,逐次渐近型A/D转换器的转换速度比并联比较型低。在输出位数较多时，它的电路规模比并联比较型小得多。是目前用的最多的一种A/D转换器。,四、双积分式A/D转换器,优点：工作性能稳定、抗干扰能力强。缺点：工作速度慢。,五、A/D 变换器的主要技术指标,1. 分辨率 以输出二进制数的位数表示分辨率。位数越多，误差越小，转换精度越高。,2. 转换速度 取