第十章模拟量和数字量的转换

1、第十章 模拟量和数字量的转换,第一节 数字模拟转换器 第二节 模拟数字转换器,目录,第一节 数字模拟转换器,DAC基本概念 DAC的电路结构及工作原理 DAC的主要技术指标,返 回,我们把从数字信号到模拟信号的转换成为数模转换，或D/A转换；把从模拟信号到数字信号的转换成为模数转换，或A / D 转换。 实现D/A转换的电路称为D/A转换器，简写为DAC；实现A /D转换的电路称为 A /D 转换器，简写为ADC。,返回,传感器,模拟信号,ADC,数字信号,计算机,DAC,模拟控制,返回,ADC和DAC是将数字计算机应用于生产过程自动控制的桥梁。,一、DAC基本概念,返回,1. DAC的基本框

2、图,DAC的输入是一个n位的二进制数D，表示为：,D=Dn-12n-1 + Dn-22n-2 + + D020,经过DAC电路后输出为模拟电压Uo，其大小与输入的二进制代码的大小成比，设比例系数为K，则,二、DAC的电路结构及工作原理,1. T形电阻网络DAC,DAC包括权电阻网络、模拟开关和求和放大器三个部分。,返回,T形电阻网络,2R,R,R,R,2R,2R,2R,2R,S1,S0,S3,S2,D0,D1,D2,D3,UR,D,A,UD,1 0 0 0,UR/24,R,同理:,返回,戴维宁等效电路,D1=1 等效电压源为 UE=UR/23,D2=1 等效电压源为 UE=UR/22,D3=1

3、 等效电压源为 UE=UR/21,返回,DAC等效电路,应用叠加原理,电阻网络开路电压UE为：,返回,当输入D是n位数字量时：,T形电阻网络DAC的特点：电阻种类只有R和2R两种，便于集成和提高精度。,返回,2. 倒T形电阻网络DAC,I = UR/ R,当输入D是n位数字量时：,返回,三、DAC的主要技术指标,1. 分辨率 数模转换器的分辨率是指最小输出电压（对应的输入二进制数为1）与最大输出电压（对应的输入二进制数的所有位全为1）之比。,分辨率1/（ 2n 1 ）,例如：常用的8位DAC的分辨率约为 1/（ 28 1 ） 0.004,返回,2. 精 度 转换器的精度是指输出模拟电压的实际值

4、与理想值之差，即最大静态转换误差。,3. 线性度 通常用非线性误差的大小表示数模转换器的线性度。,4. 输出电压（或电流）的建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定所需的时间，称为建立时间。,5. 电源抑制比 输出电压的变化与相对应的电源电压变化之比，称为电源抑制比。,返回,例、已知倒T形电阻网络DAC的参考电压UR =10V，试求出4位和8位DAC的输出最小电压和输出最大电压。,4位：,8位：,返回,常用DA转换器,并联比较型ADC 逐次逼近型ADC ADC的主要技术指标,返 回,第二节 模拟数字转换器,返回,模拟数字转换的过程包括取样、保持、量化、编码四个步骤。 一般取样、保持

5、用一个取样保持电路完成，量化与编码用ADC完成。,一、并联比较型ADC,包括分压器、比较器、编码器三部分：,分压器将输入模拟量予以量化；再把得到的2N个量化电平与基准电压进行比较；再将比较结果进行编码，从而得到相应的数字量。,R,A,B,C,D,E,F,G,D0,D1,D2,数字输出,优点：转换速度快。 缺点：需要的比较器数目多，位数越多此矛 盾越突出。,返回,返回,二、逐次逼近型ADC,逐次逼近型模-数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数-模转换器和电压比较器等几部分组成。,逐次逼近是由D/A转换器从高位到低位逐位增加转换位数，产生不同的已知电压UA，把输入电压Ui逐次与这些已知电

6、压进行比较而实现。,返回,8 g + 4 g,8 g + 4 g + 2 g,8 g + 4 g + 1 g,8 g,8g 13g ，,12g 13g ，,14g 13g，,13g 13g，,保留,保留,撤去,保留,其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：,返回,输出为四位逐次逼近AD转换过程,2,3,4,1,1 0 0 0,UA Ui,6,UA Ui,5. 5,留,去,留,留,4,UA Ui,5,UA Ui,1 1 0 0,1 0 1 0,1 0 1 1,例、UR= 8V，Ui = 5.52V,转换数字量1011 4V+1V+0.5V = 5.5V 转换误差为 0.02V,返回,逐次逼近转换过程,1 0 1 1,清零,t,返回,1. 分辨率 以输出二进制数的位数表示分辨率。 位数越多，误差越小，转换精度越高。,3. 转换