模数转换.ppt

1、第三节 模数转换,一 背景知识,模拟量是随时间连续变化的量，例如温度、压力、速度、位移等非电量绝大多数都是连续变化的模拟量，它们可以通过相应的传感器变换为连续变化的模拟量电压或电流。而数字量是不连续变化的,在电子技术中，模拟量和数字量的互相转换是很重要的。例如用电子计算机对生产过程进行控制时，首先要将被控制的模拟量转换为数字量，才能送到数字计算机中去进行运算和处理；然后又要将处理得出的数字量转换为模拟量，才能实现对被控制的模拟量进行控制。再如在数字仪表中，也必须将被测的模拟量转换为数字量，才能实现数字显示,能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；能将模拟量转换为数

2、字量的装置称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC。因此，DAC和ADC是联系数字系统和模拟系统的“桥梁”，也可称为两者之间的接口,二 译文,许多量具有连续值，包括温度、压力、位移、旋度、电压、电流以及光强和声强。对于数字化处理和分析、调整和控制以及记录并将它们量化的数据进行传输这几方面来说，这些值的数字表达形式是很重要的，把这些连续值量化为二进制值的工作被称为模数转换（ADC,数模转换是相反的过程，在这个过程中离散值状态的数据被转换成或恢复为连续变量形式。音乐或演讲的光读数字记录的清晰度和保真度以及将这些记录从背景杂音中提取出来是目前的先进技术，但人类的耳朵无法把唱片上的二进制数据记录转换成

3、音乐或演讲，所以从二进制数据到模拟信号的电子转换是必要的,一些将模拟信号进行采样的方法不能被视为模数转换，因为信号的幅值，即信息内容的一个重要方面没有被转换成二进制形式。在对正弦波进行的简单采样中，幅值是信息内容的必要组成部分。对比来说，从模拟信号到数字信号的转换在每一个采样点都产生了一个二进制数,传感器是一种元件的名称，这种元件产生了正比于它所反映的物理现象的电压和电流。例如，温度传感器能产生一个与温度相关的电压。在某些情况下这个电压来自于电路中的敏感元件，比如当一个温敏电阻和一个恒电阻组成一个分压器，其电压直接与温度相关。某些传感器直接产生电压，比如说光电元件和压电元件。很多电压源需要将电

4、压放大以便于将它们的模拟值转换成二进制数,模数转换,模数转换只存在两种基本的方法。一种方法是将模拟电压幅值与二进制电压值进行比较，在这个过程中匹配的结果产生了对应于幅值的二进制数。另一种方法是将模拟信号积分并在计算积分大小时采用测量时间（一个给定的时钟脉冲数）来求得某个值以获得一个等效的二进制数，下面讨论的每一个系统采用了这些方法中的一种方法或另一种方法,在选择一种转换方法或一种转换方法的变化时必须研究两个重要的参数，一个参数是模数转换所要求的精度，另一个参数是转换所允许的速度或时间间隔，这两个参数在本质上是不相容的，因为高精度转换和高速转换很难同时完成。高速或快速模电转换是一个相对的术语，但

5、在数字计算机二进制数据从模拟向数字转换的过程中，“高速”采样间隔是大约十个计算机时钟周期而不是十个一千秒。一个微秒间隔内的转换是中等快的速度但不是极限速度,由于很多模数转换无需快速，所以有可能获得高精度。然而，获取高精度的复杂性以及费用可能会使我们改变目标。模拟变量转换的预期应用（目标）可能确定了需要何种程度的数字精度,模数转换的精度是由二进制数的位数确立的，这个位数对应于最大值或满量程的模拟值。四位（二进制数）容许0至15等间隔时间内的量化。幅值二进制表示改变一位，对应的模拟量幅值就一定改变了6.25。一个字节（8位）容许的精度为0.4，7位二进制代码对应于近似10的译码精度,数模转换,为了

6、把数字信号转换成模拟信号，我们必须以这种加权方式处理每一位（二进制数），这样一个装置的方框图如图24所示。参考电压源给电压开关提供了一个精确的校准电压。一旦电压源提供给电压开关的校准电压被收到，并且一旦接收到一个转换信号，二进制数据就被锁进寄存器，同时每位就被配置一个加权的电流或电压。这些来自输入寄存器的二进制信号接着提供给电压开关，然后产生一个或两个可能的输出。于,是，这个电压开关等效于一个由寄存器产生的二进制信号控制的普通SPDT开关。电压开关（的输出）提供给一个电阻性的加法电路，加法电路把每一位转变为对应的加权电流值，并求出总电流。这个总电流提供给放大器，放大器执行两个功能，即电流向电压

7、的转换并计量，因此D/A转换器的输出电压将是一个正确的值,输入寄存器是一个并联输入、并联输出的元件。转换器的信号被用来锁住输入寄存器的数据，直到下一个转换器信号被接收到为止,无论A/D还是D/A转换器都具有特定的分辨率，精度，速度以及增益。A/D转换器还有漂移的问题,Exercises （54） 双极型反相器是一种基本电路，大多数双极型饱和逻辑电路包括二极管晶体管逻辑电路（DTL）以及晶体管晶体管逻辑电路（TTL）可由这种电路导出。然而，基本的双极型反相器要受到负载效应的影响。二极管晶体管逻辑电路将二极管逻辑电路和双极型反相器结合在一起以使负载效应减小到最低程度。晶体管晶体管逻辑电路，是从DTL电路直接演变而来，这种电路使传输延迟时间缩短，正如我们将展示的那样,在DTL和TTL电路中，双极型晶体管在截止和饱和之间的区域