第6章数模和模数的转换

1 第6章数模和模数转换 学习要点 数模和模数转换的基本原理 2 第6章数模和模数转换 6 1D A转换电路 6 2A D转换电路 退出 3 概述 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器 简称A D转换器或ADC 能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器 简称D A转换器或DAC ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁 也可称之为两者之间的接口 4 6 1 1D A转换原理 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 5 本节小结 D A转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出 D A转换器根据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络D A转换器和T型电阻网络D A转换器两大类 由于T型电阻网络D A转换器只要求两种阻值的电阻 因此最适合于集成工艺 集成D A转换器普遍采用这种电路结构 如果输入的是n位二进制数 则D A转换器的输出电压为 6 6 3A D转换器 6 2 1并行电压比较型A D转换器 6 2 2逐次比较型A D转换器 退出 7 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 6 2 1并行电压比较型A D转换器 8 t0时刻S闭合 CH被迅速充电 电路处于采样阶段 由于两个放大器的增益都为1 因此这一阶段uo跟随ui变化 即uo ui t1时刻采样阶段结束 S断开 电路处于保持阶段 若A2的输入阻抗为无穷大 S为理想开关 则CH没有放电回路 两端保持充电时的最终电压值不变 从而保证电路输出端的电压uo维持不变 9 0 ui VREF 14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d2d1d0 000 VREF 14 ui 3VREF 14时 7个比较器中只有C1输出为1 CP到来后 只有触发器FF1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 10 3VREF 14 ui 5VREF 14时 比较器C1 C2输出为1 CP到来后 触发器FF1 FF2置1 经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0 010 5VREF 14 ui 7VREF 14时 比较器C1 C2 C3输出为1 CP到来后 触发器FF1 FF2 FF3置1 经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0 011 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 11 12 转换开始前先将所有寄存器清零 开始转换以后 时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1 使输出数字为100 0 这个数码被D A转换器转换成相应的模拟电压uo 送到比较器中与ui进行比较 若ui uo 说明数字过大了 故将最高位的1清除 若ui uo 说明数字还不够大 应将这一位保留 然后 再按同样的方式将次高位置成1 并且经过比较以后确定这个1是否应该保留 这样逐位比较下去 一直到最低位为止 比较完毕后 寄存器中的状态就是所要求的数字量输出 原理框图 基本原理 6 2 2逐次比较型A D转换器 13 3位逐次比较型A D转换器 14 转换开始前 先使Q1 Q2 Q3 Q4 0 Q5 1 第一个CP到来后 Q1 1 Q2 Q3 Q4 Q5 0 于是FFA被置1 FFB和FFC被置0 这时加到D A转换器输入端的代码为100 并在D A转换器的输出端得到相应的模拟电压输出uo uo和ui在比较器中比较 当若ui uo时 比较器输出uc 1 当ui uo时 uc 0 第二个CP到来后 环形计数器右移一位 变成Q2 1 Q1 Q3 Q4 Q5 0 这时门G1打开 若原来uc 1 则FFA被置0 若原来uc 0 则FFA的1状态保留 与此同时 Q2的高电平将FFB置1 第三个CP到来后 环形计数器又右移一位 一方面将FFC置1 同时将门G2打开 并根据比较器的输出决定FFB的1状态是否应该保留 第四个CP到来后 环形计数器Q4 1 Q1 Q2 Q3 Q5 0 门G3打开 根据比较器的输出决定FFC的1状态是否应该保留 第五个CP到来后 环形计数器Q5 1 Q1 Q2 Q3 Q4 0 FFA FFB FFC的状态作为转换结果 通过门G6 G7 G8送出 工作原理 15 A D转换器的功能是将输入的模拟信号转换成一组多位的二进制数字输出 不同的A D转换方式具有各自的特点 并联比较型A D转换器转换速度快 主要缺点是要使用的比较器和触发器很多 随着分辨率的提高 所需元件数目按几何级数增加 双积分型A D转换器的性能比较稳定 转换精度高 具有很高的抗干扰能力 电路结构简单 其缺点是工作速度较低 在