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1、第七章数模与模数转换器第七章数模与模数转换器本讲稿第一页，共十八页二二 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器（转换器（4位）位）所以，无论所以，无论Si处于何种位置，与处于何种位置，与Si相连的相连的2R电阻均接电阻均接“地地”（地或虚地）。（地或虚地）。图中图中S0S3为模拟开关，由输入数码为模拟开关，由输入数码Di控制，控制，当当Di=1时，时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路；流入求和电路；当当Di=0时，时，Si将电阻将电阻2R接地。接地。本讲稿第二页，共十八页可算出，基准电流可算出，基准电流 I=VREF/R，输出电压：输
2、出电压：则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。于是得总电流：于是得总电流：将输入数字量扩展到将输入数字量扩展到n位，则有：位，则有：可简写为：可简写为：vO=KNB 其中：其中：K=本讲稿第三页，共十八页三三 D/A转换器应用举例转换器应用举例DAC0808是是8位权电流型位权电流型D/A转换器，其中转换器，其中D0D7是数字量输入端。是数字量输入端。用用这这类类器器件件构构成成的的D/A转转换换器器时时，需需要要外外接接运运算算放放大大器器和和产产生生基基准准电电流流用用的的电阻电阻R1。当当VREF=10V、R1
3、=5k、Rf=5k时，时，输出电压为：输出电压为：本讲稿第四页，共十八页DAC0808 D/A转换器输出与输入的关系转换器输出与输入的关系（设设VREF=10V）本讲稿第五页，共十八页1.转换精度转换精度 四四 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标（2）转换误差）转换误差此此外外，也也可可用用D/A转转换换器器的的最最小小输输出出电电压压与与最最大大输输出出电电压压之之比比来来表表示示分分辨辨率率，N位位D/A转转换换器器的的分分辨率可表示为辨率可表示为 1/（2n-1）。）。2.转换速度转换速度3.温温度度系系数数在在输输入入不不变变的的情情况况下下，输输出出模模拟拟电电压压随随温
4、温度度变变化化产产生生的的变变化化量量。一一般般用用满满刻刻度输出条件下温度每升高度输出条件下温度每升高1，输出电压变化的百分数作为温度系数。，输出电压变化的百分数作为温度系数。（2）转换速率（）转换速率（SR）在大信号工作状态下模拟电压的变化率。在大信号工作状态下模拟电压的变化率。（1）分辨率）分辨率D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。输输入入数数字字量量位位数数越越多多，分分辨辨率率越越高高。所所以以，在在实实际际应应用用中中，常常用用字字量量的的位位数数表表示示D/A转转换换器器的的分分辨率。辨率。（1）建建立立时时间间（tset）当当输输入
5、入的的数数字字量量发发生生变变化化时时，输输出出电电压压变变化化到到相相应应稳稳定定电电压压值值所所需需时间。最短可达时间。最短可达0.1S。本讲稿第六页，共十八页7.3 A/D7.3 A/D转换器转换器一一A/D转换的一般步骤和取样定理转换的一般步骤和取样定理由由于于输输入入的的模模拟拟信信号号在在时时间间上上是是连连续续量量，所所以以一一般般的的A/D转转换换过过程程为为：取取样样、保保持持、量量化化和编码。和编码。本讲稿第七页，共十八页 取样定理：取样定理：因因为为每每次次把把取取样样电电压压转转换换为为相相应应的的数数字字量量都都需需要要一一定定的的时时间间，所所以以在在每每次次取取样
6、样以以后后，必必须须把把取取样样电电压压保保持持一一段段时时间间。可可见见，进进行行A/D转转换换时时所所用用的的输输入入电电压压，实实际际上上是是每每次次取取样样结结束束时时的的vI值。值。式中式中fS为取样频率，为取样频率，fimax为输入信号为输入信号vI的最高频率分量的频率。的最高频率分量的频率。本讲稿第八页，共十八页二二 取样取样保持电路保持电路采样时，采样时，uL=1,S闭合，闭合，u0=u0=uiu0 通过通过R2对对Ch充电，充电，uch=uiuL=0,S打开，电容无法放电，打开，电容无法放电，u0=ui本讲稿第九页，共十八页三三 并联比较型并联比较型A/D转换器转换器本讲稿第
7、十页，共十八页并联比较型并联比较型A/D转换器的输入输出关系转换器的输入输出关系本讲稿第十一页，共十八页1 转换原理：转换原理：四四 逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器本讲稿第十二页，共十八页 2 逻辑电路逻辑电路本讲稿第十三页，共十八页四双积分型四双积分型A/D转换器转换器它由积分器、过零比较器（它由积分器、过零比较器（C）、时钟脉冲控制门（）、时钟脉冲控制门（G）和定时器、）和定时器、计数器（计数器（FF0FFn）等几部分组成。）等几部分组成。本讲稿第十四页，共十八页（2）第一次积分阶段）第一次积分阶段工作原理：工作原理：（1）准备阶段）准备阶段计数器清零，计数器清零，积分电容放电，积
8、分电容放电，vO=0V。t=0时，开关时，开关S1与与A端端接通，输入电压接通，输入电压vI加到加到积分器的输入端。积分积分器的输入端。积分器从器从0开始积分：开始积分：本讲稿第十五页，共十八页由于由于vO0V，比较器输出，比较器输出vC=0，控制门，控制门G被关闭，计数停止。被关闭，计数停止。本讲稿第十六页，共十八页在此阶段结束时在此阶段结束时vO的表达式可写为：的表达式可写为：设设T2=t2t1，于是有：，于是有：设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为，则：，则：可见，可见，T2与与VI成正比，成正比，T2就是双积分就是双积分A/D转换过程的中间变量。
9、转换过程的中间变量。上式表明，计数器中所计得的数上式表明，计数器中所计得的数（=Qn-1Q1Q0），与在取样时间），与在取样时间T1内输入电压的内输入电压的平均值平均值VI成正比。只要成正比。只要VIVREF，转换器就能将输入电压转换为数字量。，转换器就能将输入电压转换为数字量。T2=TC 本讲稿第十七页，共十八页五五 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标（1）分辨率）分辨率说明说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。转换器对输入信号的分辨能力。一一般般以以输输出出二二进进制制（或或十十进进制制）数数的的位位数数表表示示。因因为为，在在最最大大输输入入电电压压一一定定时时，输输出出位位
10、数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。1.转换精度转换精度例例如如，相相对对误误差差LSB/2，就就表表明明实实际际输输出出的的数数字字量量和和理理论论上上应应得得到到的的输输出出数数字字量量之之间间的的误误差小于最低位的半个字。差小于最低位的半个字。（2）转转换换误误差差它它表表示示A/D转转换换器器实实际际输输出出的的数数字字量量和和理理论论上上的的输输出出数数字字量量之之间间的的差差别别。常常用用最低有效位的倍数表示。最低有效位的倍数表示。2.转换时间转换时间指从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。指从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。并并行行比比较较A/D转转换换器器转转换换速速度度最最高高；逐逐次次比比较较型型A/D转转换换器器次次之之；间间接接A/D转转换换器器的的速速度最慢。度最慢。本讲稿第十八页，共十八页