数模与模数转换器PPT课件

-,1,一般电子（控制）系统的组成,-,2,1、倒T型电阻网络D/A转换器,（1）结构原理,9.1D/A转换器,-,3,（3）运算放大器的输出电压,（2）输出电流,-,4,运放的输出电压,若Rf=R,则有,（4）推广到一般，输出电流,模拟输出电压Uo只与数字量有关D/A转换。,-,5,（5）转换精度问题,由运放的输出电压一般表达式,1）R-2R网络精度问题,2）电子开关导通时的内阻问题,制造时采用激光校准技术解决；,i、采用权电流型电路解决；,ii、采用把内阻归入2R电阻中解决；,3）参考电压VREF的精度，电阻Rf的精度,用户自己解决。,-,6,2、权电流型D/A转换器,（1）结构原理,一般表达式：,（2）运放输出电压,-,7,3、D/A转换器的输出方式,（1）单极性输出（8位）,输出极性取决与参考电压极性。,-,8,（2）反向输出,输出Vo的极性与参考电压VREF极性正好相反！,-,9,（3）双极性输出,1）2的补码,正数：补码原码负数：补码反码1,符号位,-,10,2）偏移二进制码,-,11,偏移二进制码D,双极性输出电路实现：,-,12,4D/A变换器的主要技术指标,一般用输入数字量的有效位数来表示分辨率。,一、分辨率,二、线性度,通常用非线性误差的大小表示D/A变换器的线性度。把偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。,三、输出电压(电流)的建立时间,D/A转换的速度，例如：1次/1us,-,13,5、8位D/A转换器DAC0832及其应用,D/A变换器集成电路有多种型号。下面仅以DAC0832为例来介绍集成电路D/A变换器。,它是八位的D/A变换器,即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。,-,14,DAC0832简化电路框图,-,15,DAC0832管脚图,-,16,DAC0832功能表,-,17,例1.DAC的连接工作,-,18,例2集成DAC应用,可编程电源,-,19,1ADC的组成,9.2A/D转换器,(1)采样保持,采样：就是将一个连续变化的模拟量在时间轴上离散化。,保持：采样结果存储起来，直到下次采样。采样器和保持电路一起总称为采样保持电路。,-,20,（2）采样保持示意图,（3）采样保持电路图,CPs的频率（采样频率）fs必须满足：fs2fimax这样才能将采样保持后的不失真地恢复成输入电压。,采样：CPS=1，T导通，电容C充电，运放输出跟踪输入电压uI(t)。,保持：CPS=0，T截止，电容C无路放电，运放输出。,-,21,（4）量化编码,量化：将介于两个离散电平之间的采样值，归并到这两个离散电平之一上。,编码：将量化后的有限个整量值用n位一组数字代码来描述以形成数字量。,-,22,（5）量化方式和量化误差,只舍不入法量化误差为：S(量化单位).,011,101,100,-,23,2)四舍五入法量化误差为：S/2,-,24,A/D转换器分为：并行比较型、逐次逼近型和双积分型三种。,9.3几种典型的A/D转换器,1、并行ADC工作原理,量化：电阻串分压构成；,比较：输入模拟电压uI通过器与量化单位比较；,存储：比较结果由D触发器存储；,数字量：D触发器输出通过编码器形成数字量。,-,25,三位并行ADC转换真值表,对于n位输出二进制码，并行ADC就需要2n-1个比较器。并行ADC适用于速度要求很高，而输出位数较少的场合。,-,26,2、逐次逼近型ADC,逐次逼近：采用对分搜索策略，每次以剩余段的中间数与输入值比较。当该数小于输入时，留下；反之弃之。而后再取去剩余段的中间数进行比较直至末位，以逼近值代替输入值。,-,27,(1)START和CP到达，时序分配器置数01111，使Q3Q2Q1Q0=1000，D/A输出,逐次逼近式ADC原理,01111,若,（2）第2个CP到分配器输出10111，使Q3Q0=1100，D/A输出再与uI比较，若,10111,11011,（3）第3个CP使分配器输出11011，使Q3Q0=1010，若,-,28,11101,11110,11111,（4）第4个CP使分配器输出11101，使Q3Q0=1001，若,（5）第5个CP使分配器输出11110，使Q3Q0=1001，转换结束；,（6）第6个CP使分配器输出11111，Q3Q0被打入D触发器，转换结果输出。,-,29,11101,11110,11111,-,30,3、双积分ADC,1)采样阶段：启动脉冲使Qn=0，开关S与输入信号uI连接,A/D转换开始。积分器对uI进行反向积分。,-,31,uA0，比较器输出UC=1，G门打开，n位二进制计数器从0开始计数。一直到,触发器FnFn-1F0为：100，开关S转接至基准电源UR，采样阶段结束。,-,32,2)比较阶段：积分器对-UR进行积分,代入上式得,求得,当uA0时，过零比较器输出UC=0，G门被封锁，计数器停止计数。假设此时计数器已记录了N个脉冲，则,-,33,9.4ADC的主要技术指标,1.分辨率,分辨率指ADC对输入模拟信号的分辨能力。,分辨率,在最大输入电压一定时，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。,分辨率,输入最大值,例如，n8，（8位的ADC），Um5V，其分辨率为：,-,34,2.转换误差,转换误差:表示ADC实际输出的数字量和理论值之间的差别，常用最低有效位的倍数表示。例如：转换误差LSB/2，表示误差小于最低位的半个字。,-,35,3.转换速度,并行ADC转换速度最高，八位二进制输出的单片ADC其转换时间在50ns内；,逐次逼近型ADC转换速度次之，一般在10150s；,双积分式ADC转换速度最慢，转换时间约在几十毫秒至几百毫秒间。,实际应用中，应从系统总的位数、精度要求、输入模拟信号的范围及输入信号极性等方面综合考虑ADC的选用。,转换时间：指ADC从转换启动，到输出端得到稳定的数据信号所经过的时间。,-,36,-,37,双积分A/D转换器实例-TC14433(MC14433)3-1/2DigitAnalog-to-DigitalConverters,-,38,GENERALDESCRIPTION(1)TheTC14433isalowpower,high-performance,mono-lithicCMOS3-1/2digitA/Dconverter.TheTC14433com-binesbothanaloganddigitalcircuitsonasingleIC,thusminimizingthenumberofexternalcomponents.,-,39,(2)Thisdual-slopeA/Dconverterprovidesautomaticpolarityandzerocorrectionwiththeadditionoftwoexternalresistorsandtwocapacitors.(3)Thefull-scalevoltagerangeofthisratiometricICextendsfrom199.9millivoltsto1.999volts.(4)TheTC14433canoperateovera