第18章模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換ppt課件.ppt

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1、第18章數(shù)-模轉(zhuǎn)換和模-數(shù)轉(zhuǎn)換18.1概述18.2D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)18.3A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)18.1概述為了能用數(shù)字技術(shù)來處理模擬信號，必須把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，才能送入數(shù)字系統(tǒng)進行處理。同時，往往還需把處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，作為最后的輸出。我們把前一種從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換稱為?！獢?shù)轉(zhuǎn)換，或稱為A/D（AnalogtoDigital）轉(zhuǎn)換，把后一種從數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換稱為D/A（DigitaltoAnalog）轉(zhuǎn)換。同時，把實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為A/D轉(zhuǎn)換器（AnalogDigitalConverter）；把實現(xiàn)D

2、/A轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器（DigitalAnalogConverter）。在目前常見的D/A轉(zhuǎn)換器中，有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器等。A/D轉(zhuǎn)換器的類型也有多種，可以分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器兩大類。在直接A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬信號直接被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號；而在間接A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬信號先被轉(zhuǎn)換成某種中間變量（如時間、頻率等），然后再將中間變量轉(zhuǎn)換為最后的數(shù)字量。18.2D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）18.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本工作原理D/A轉(zhuǎn)換器是將輸入的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，以電壓或電流的形式輸

3、出。因此，D/A轉(zhuǎn)換器可以看作是一個譯碼器。一般常用的線性D/A轉(zhuǎn)換器，其輸出模擬電壓U和輸入數(shù)字量D之間成正比關(guān)系，即U=KD，式中K為常數(shù)。D/A轉(zhuǎn)換器的一般結(jié)構(gòu)如圖18-1所示，圖中數(shù)據(jù)鎖存器用來暫時存放輸入的數(shù)字信號。n位寄存器的并行輸出分別控制n個模擬開關(guān)的工作狀態(tài)。通過模擬開關(guān)，將參考電壓按權(quán)關(guān)系加到電阻解碼網(wǎng)絡(luò)。圖18-1DAC方框圖18.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要電路形式1.權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器圖18-2權(quán)電阻DAC開關(guān)Si的位置受數(shù)據(jù)鎖存器輸出的數(shù)碼Di控制，當Di=1時，Si將電阻網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的電阻Ri和基準電壓UR接通；當Di=0時，S

4、i將電阻Ri接地。權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)由n個電阻（20R~2n-1R）組成，電阻值的選擇應(yīng)使流過各電阻支路的電流Ii和對應(yīng)Di位的權(quán)值成正比。例如，數(shù)碼最高位Dn-1，其權(quán)值為2n-1，驅(qū)動開關(guān)Sn-1，連接的電阻Rn-1=2n-1-(n-1)=20R；最低位D0，驅(qū)動開關(guān)S0，連接的權(quán)電阻為R0=2n-1-(0)R=2n-1R。因此，對于任意位Di，其權(quán)值為2i，驅(qū)動開關(guān)Si，連接的權(quán)電阻值為Ri=2n-1-iR，即位權(quán)（i）越大,對應(yīng)的權(quán)電阻值就越小。集成運算放大器，作為求和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的緩沖，主要是減少輸出模擬信號負載變化的影響，并將電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。當Di

5、=1時，Si將相應(yīng)的權(quán)電阻Ri=2n-1-iR與基準電壓UR接通，此時，由于運算放大器負輸入端為虛地，該支路產(chǎn)生的電流為當Di=0時，由于Si接地，Ii=0。因此，對于Di位所產(chǎn)生的電流應(yīng)表示為運算放大器總的輸入電流為運算放大器的輸出電壓為若Rf=1/2R，代入上式后則得從上式可見，輸出模擬電壓U的大小與輸入二進制數(shù)的大小成正比，實現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。當D=Dn-1…D0=0時，U=0。當D=Dn-1…D0=11…1時，最大輸出電壓因而U的變化范圍是2.倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器圖18-3R-2R倒T型DAC從圖18-3中可以看出，由UR向里看的等

6、效電阻為R，數(shù)碼無論是0還是1，開關(guān)Si都相當于接地。因此，由UR流出的總電流為I=UR/R，而流入2R支路的電流是依2的倍速遞減，流入運算放大器的電流為運算放大器的輸出電壓為若Rf=R，并將I=UR/R代入上式，則有可見，輸出模擬電壓正比于數(shù)字量的輸入。18.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標1.分辨率分辨率是指輸入數(shù)字量最低有效位為1時，對應(yīng)輸出可分辨的電壓變化量ΔU與最大輸出電壓Um之比，即分辨率分辨率越高，轉(zhuǎn)換時對輸入量的微小變化的反應(yīng)越靈敏。而分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)，n越大，分辨率越高。2.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是實際輸出值與理論計算值之差，這

7、種差值，由轉(zhuǎn)換過程各種誤差引起,主要指靜態(tài)誤差，它包括：①非線性誤差。它是電子開關(guān)導(dǎo)通的電壓降和電阻網(wǎng)絡(luò)電阻值偏差產(chǎn)生的，常用滿刻度的百分數(shù)來表示。②比例系數(shù)誤差。它是參考電壓UR的偏離而引起的誤差，因UR是比例系數(shù)，故稱之為比例系數(shù)誤差。當ΔUR一定時，比例系數(shù)誤差如圖18-4中的虛線所示。圖18-4比率系數(shù)誤差③漂移誤差。它是由運算放大器零點漂移產(chǎn)生的誤差。當輸入數(shù)字量為0時，由于運算放大器的零點漂移，輸出模擬電壓并不為0。這使輸出電壓特性與理想電壓特性產(chǎn)生一個相對位移，如圖18-5中的虛線所示。圖18-5漂移誤差3.建立時間從數(shù)字信號輸入DAC起

8、，到輸出電流（或電壓）達到穩(wěn)態(tài)值所需的時間為建立時間