西安电子科技大学_数字电路基础课件_10_数模和模数转换

数字电子技术基础,第10章数模转换和模数转换,2,10.1概述,自然界中广泛存在的物理量都是模拟量，但随着数字电子技术的发展，很多领域都使用数字技术来处理模拟信号。,典型数字系统结构：,如数字调焦系统：,光学镜头,摄像头,算法处理,焦距调整电路,3,10.2D/A转换器（DAC）,D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以电压或电流的形式输出。输出模拟电压U和输入数字量D之间存在正比关系：U=KD,MSB,LSB,4,10.2.2D/A转换器主要电路形式,D/A转换器一般结构：,5,权电阻网络D/A转换器,数据锁存器：暂时存放数字输入信号；集成运算放大器：将电流转换为电压输出。开关Si受Di控制：Di=1时Si与UR接通，Di=0时Si接地；权电阻Ri阻值选择标准：Ri=2n-1-iR，使各支路电流Ii与Di权值成正比。,6,权电阻网络D/A转换器（续）,7,R2R倒T型电阻网络D/A转换器,倒T型电阻网络D/A转换器,集成运算放大器：将电流转换为电压输出，反相输入端虚地。开关Si无论在任何位置，电阻2R总是接地。从UR方向向左看过去AA、BB、CC、DD每个端口的等效电阻都是R。流过2R电阻上的电流不随开关Si位置变化而变化，是恒流。开关Si控制2R上电流是否流入运算放大器。,8,R2R倒T型电阻网络D/A转换器（续）,9,10.2.3D/A转换器的主要性能指标,分辨率转换精度建立时间,10,10.3A/D转换器（ADC）,A/D转换是将模拟信号转换为数字信号。A/D转换过程一般包括采样、保持、量化和编码四个过程,11,采样,采样是将时间上连续变化的信号转化为时间上离散的信号。,将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲幅度取决于物理量。,根据采样定理，如果采样频率fs和模拟信号的最高频率fmax满足如下关系：fs2fmax则模拟信号经处理后可以不失真的恢复。,12,保持,模拟信号经采样后，在下一个采样脉冲到来前，要保持现有的样值幅度，以方便转换。,V管实现采样，电容C完成保持功能。运放为跟随器，起缓冲隔离作用。,13,量化和编码,输入模拟电压在采样和保持后变为阶梯波。阶梯波幅度仍是一个连续取值的模拟量。将采样后的样值映射到与之接近的离散电平上，即为量化。用二进制数码来表示各量化电平的过程称为编码。量化电平之间的差值（量化间隔）和量化的取舍方法决定了量化值。,14,10.3.2A/D转换器的主要电路形式,15,计数斜波式A/D转换器,二进制计数器计数，数值通过D/A转换器转换对应的电压UR，与输入电压Ui进行比较，当UR=Ui时停止计数，输出对应数值。,16,逐次逼近式A/D转换器,8(1000),11(1011),12(1100),10(1010),11(1011),逐位逼近寄存器（SAR）从最高位开始，逐位确定各位数码是1还是0，并将对应数制通过D/A转换器转换后与输入电压比较，直到UoUi。,17,并联比较型A/D转换器,将参考电压通过电阻分压器分为多个等级（如：1/16UR,3/16UR,13/16UR），分别与输入电压值进行比较，得出大小