数模和模数转换器

关于数模和模数转换器8.1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。第2页,共31页，2024年2月25日，星期天8.2.1D/A转换器的基本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。基本原理第3页,共31页，2024年2月25日，星期天转换特性D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。如果输入为n位二进制数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为：第4页,共31页，2024年2月25日，星期天8.2.2D/A转换器的构成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，各支路的电流不变的。第5页,共31页，2024年2月25日，星期天设RF=R/2第6页,共31页，2024年2月25日，星期天①分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R。②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。第7页,共31页，2024年2月25日，星期天第8页,共31页，2024年2月25日，星期天第9页,共31页，2024年2月25日，星期天误差分析1、因参考电压的偏离引起的误差2、实际运放的偏离引起的误差3、模拟开关的导通压降引起的误差4、电阻阻值的偏差引起的误差第10页,共31页，2024年2月25日，星期天一种简化的CMOS开关型D/A转换器第11页,共31页，2024年2月25日，星期天CMOS开关电路的组成及工作原理第12页,共31页，2024年2月25日，星期天（1）分辨率分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为：（2）转换精度

D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。（3）输出建立时间从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时间。第13页,共31页，2024年2月25日，星期天D/A转换器的主要参数含义1、分辨率：所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。位数越高，分辨能力就越强，分辨率的值越低（小）。2、转换精度（绝对精度）：实际输出的模拟电压与理论输出模拟电压间的最大误差。与元件参数的精度、工作温度、运放的温度漂移及转换位数有关。通常要求小于最小电压变化量的一半。3、转换时间：衡量转换速度。4*、线性度：又称为非线性误差，是偏离理想的输入-输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分率。第14页,共31页，2024年2月25日，星期天集成D/A转换器5G7520及其应用电路举例1、输入全为0时，调运放调零电位器使输出为0；2、输入全为1时，调R1使输出为预定满量程输出；3、R2用以调节输出电压值（满量程下降）。第15页,共31页，2024年2月25日，星期天由5G7520构成数控电流源第16页,共31页，2024年2月25日，星期天8.3A/D转换器用于将模拟信号转换成相应的数字量，是模拟系统到数字系统的接口电路。转换需要时间，故要求转换期间输入的模拟量保持不变；须进行模拟信号的离散处理，即采样和保持。把保持的模拟量转换成数字量的过程称为量化过程；把量化的结果进行编码得到输出的数字信号。分两步完成。第17页,共31页，2024年2月25日，星期天8.3.1采样-保持采样频率越高，输出脉冲的包络线就越接近输入的模拟信号。采样定理：采样频率高于输入信号最高频率的2倍以上。第18页,共31页，2024年2月25日，星期天采样-保持器VL高电平时T导通，保持电容CH两端的电位差即为输出电压，处于采样期；

VL为低电平时T截止，CH无放电回路，输出保持在采样结束前的输入值。第19页,共31页，2024年2月25日，星期天国产单片集成采样保持器5G582的结构示意图和引脚图逻辑控制输入为差动方式：-6～+0.8V时为采样状态，+2～(+Vcc-3V)时为保持状态。两个模拟量输入端第20页,共31页，2024年2月25日，星期天5G582应用举例将输入和输出运放构成一个电压跟随器输入高电平（3.5V）时为保持状态；输入低电平（0V）时为采样状态。用以对输入运放的失调进行调节。第21页,共31页，2024年2月25日，星期天8.3.2并联（行）比较型A/D工作原理特点：是所有A/D中速度最快的一种，但电路复杂、成本高、价格贵，一般分辨率较低。分辨率的提高第22页,共31页，2024年2月25日，星期天8.3.3逐次渐近型A/D转换器第23页,共31页，2024年2月25日，星期天3位逐次渐近型A/D转换开始前使Q5为1，其余为0。第一个CP作用后Q1为1，其余为0。然后逐位比较。最低位为1，其余均为0时对应的模拟量的一半，目的是减小量化误差。第24页,共31页，2024年2月25日，星期天逐次渐近型A/D的特点n位逐次渐近型A/D完成一次转换需进行n次比较，经n+2个时钟脉冲，即转换一次所需时间固定，为(n+2)Tcp，属于中速A/D。由于转换所需时间不随输入的改变，可采用定时查询的方式读取转换结果。电路简单，成本较低。第25页,共31页，2024年2月25日，星期天属于逐次渐近型转换方式的集成A/D有：ADC0801、ADC0809、AD571、AD5770等。是8位A/D，有20个管脚，三态锁存输出，数据可采用总线结构，转换时间约为100μs。输入为正时，负输入端接地，否则反之。片选读出，为1时三态门处于高阻态，为0时接通外部总线。写入，为0时进入启动状态，变为1时转换开始，转换结束又变为0。第26页,共31页，2024年2月25日，星期天ADC0809也是8位CMOS逐次渐近型A/D，主要用于微机数据采集系统。第27页,共31页，2024年2月25日，星期天ADC0809的典型接线第28页,共31页，2024年2