電子電工學(xué)第10章課件.ppt

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1、第10章模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換教學(xué)基本要求了解R-2R型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和逐次逼近型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理。重點(diǎn)內(nèi)容：D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理及其轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度講授學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)主要內(nèi)容概述數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器本章小結(jié)概述將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換(簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換)；將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換(簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換)。實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的電路稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC)；實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC)。為了保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果的準(zhǔn)確性，A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器必須有足夠的轉(zhuǎn)換精度。為了適應(yīng)快速過程的控制

2、和檢測(cè)，A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器必須有足夠的轉(zhuǎn)換速度。所以，轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器概述D/A轉(zhuǎn)換電路的目的是將數(shù)字式信號(hào)（一列數(shù)碼脈沖）轉(zhuǎn)換成幅度對(duì)應(yīng)于數(shù)碼值的模擬電信號(hào)，它是數(shù)字設(shè)備與模擬設(shè)備通信的必備部件。構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思想：由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有一定的“權(quán)”因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量。數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換電路一般由基準(zhǔn)電壓源/電流源;模擬開關(guān);電阻網(wǎng)絡(luò);運(yùn)算放大器等部分組成。

3、本節(jié)介紹R-2R型數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換原理。數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器R-2RT型D/A轉(zhuǎn)換電路R-2RT型D/A轉(zhuǎn)換原理電路如圖。集成運(yùn)放反相輸入端為“虛地”，每個(gè)開關(guān)可以切換到兩個(gè)不同的位置，切換到哪個(gè)位置由相應(yīng)位數(shù)字量Bi控制。二進(jìn)制碼Bi控制著開關(guān)Si的位置。Bi為1，Si接ER；Bi為0，Si接地。數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器集成運(yùn)放反相輸入端為“虛地”。因此，從兩端的T型結(jié)點(diǎn)開始，向中間逐結(jié)點(diǎn)推算，很容易得到：當(dāng)Bi=1,其余位均為0時(shí)，從結(jié)點(diǎn)i向左向右看的電阻都是2R，這樣,從開關(guān)Si經(jīng)2R支路流進(jìn)結(jié)點(diǎn)的電流等分后分別向左向右流出,其等效電路如圖2RR2R2R2RIiSiE

4、R由等效電路可求出，接電源支路所提供的電流均為每經(jīng)過一個(gè)結(jié)點(diǎn)，電流都要減小一半。數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器二進(jìn)制碼最高位對(duì)運(yùn)放輸入端方向的電流為其它各位產(chǎn)生的電流逐位減小一半，依次為二進(jìn)制碼控制的各開關(guān)對(duì)集成運(yùn)放輸入端產(chǎn)生的總電流為輸出電壓正比于輸入數(shù)碼對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器這種電路中電阻阻值只有R和2R兩種，精度易于保證，且流過各模擬開關(guān)的電流均相同，所以給設(shè)計(jì)和制作帶來方便，故集成D/A電路中多采用這種電路形式。特點(diǎn)：分辨率——D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率是指輸出模擬電壓可能被分離的等級(jí)數(shù),它表示D/A轉(zhuǎn)換器在理論上可以達(dá)到的精度。通常直接用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)n來表示；D/A轉(zhuǎn)

5、換器的轉(zhuǎn)換精度——分辨率和轉(zhuǎn)換誤差。轉(zhuǎn)換誤差——表示由各種因素引起的轉(zhuǎn)換誤差的一個(gè)綜合性指標(biāo)，通常也稱為線性誤差。表示實(shí)際的D/A轉(zhuǎn)換特性和理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差。模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。由于輸入的模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)變化的，而輸出的數(shù)字信號(hào)是不連續(xù)的，所以轉(zhuǎn)換只能在某些瞬間對(duì)輸入進(jìn)行取樣，然后將這些取樣值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出。因此，A/D轉(zhuǎn)換須先對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，然后進(jìn)入保持，在保持時(shí)間內(nèi)將采樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并按一定編碼形式輸出。A/D轉(zhuǎn)換的過程：1.對(duì)輸入的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行取樣；2.取樣結(jié)束后

6、進(jìn)入保持時(shí)間；3.在保持時(shí)間內(nèi)將取樣的電壓量化為數(shù)字量；4.按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果；重復(fù)以上過程。模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖工作過程：當(dāng)電路處于取樣工作狀態(tài)時(shí)，若采樣開關(guān)閉合，輸入信號(hào)ui對(duì)電容器充電運(yùn)算放大器工作在單位增益的電壓跟隨器狀態(tài)，故有uo2=uo1=ui，當(dāng)采樣開關(guān)斷開時(shí)，C上的電壓(uo1)基本保持不變，因而輸出電壓uo2也得以維持原來的數(shù)值。該輸出電壓經(jīng)過量化編碼，就成為數(shù)碼輸出的數(shù)字量。模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器取樣定理tOuItOusfO為了保證能從取樣信號(hào)vs將原來的被取樣信號(hào)vI恢復(fù)，必須滿足取樣定理：其中fs為取樣頻率，fi(max)為輸入模擬

7、信號(hào)vI的最高頻率分量的頻率。在滿足取樣定理的條件下，可以用低通濾波器將us還原為uI。低通濾波器的電壓傳輸系數(shù)在低于fi(max)的范圍內(nèi)應(yīng)保持不變，而在fs?fi(max)以前應(yīng)迅速下降為0。一般?。耗?數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器量化和編碼數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的，而且數(shù)值大小的變化也是不連續(xù)的。即任一數(shù)字量的大小只能是某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍量化：進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，必須把取樣電壓表示為某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。此轉(zhuǎn)化過