最新模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路PPT課件.ppt

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1、模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路12.1概述模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般屬于系統(tǒng)的前級(jí)電路，完成模擬電信號(hào)到數(shù)字電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。（Analog-DigitalConverter），簡(jiǎn)稱(chēng)A/D轉(zhuǎn)換器、ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器一般屬于系統(tǒng)的后級(jí)電路，完成數(shù)字電信號(hào)到模擬電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。（Digital-AnalogConverter），簡(jiǎn)稱(chēng)D/A轉(zhuǎn)換器、DAC12.2D/A轉(zhuǎn)換器12.2.1D/A轉(zhuǎn)換原理…d0d1dn-1DACuO或iO例如：DuO/V7654321001010011100101110111輸出模擬電壓實(shí)際是不連

2、續(xù)的，而是由一系列“臺(tái)階電壓”組成。其最小單位就是輸入“00…01”所對(duì)應(yīng)的模擬電壓大小，就是比例系數(shù)k的大小。MSB：輸入n位二進(jìn)制數(shù)的最高位；LSB：最低位；FSR：最大輸入數(shù)字量“11…11”。2.工作原理外接電壓VREF輸出的總電流：3.器件特點(diǎn)只使用兩種阻值的電阻，易于集成，且轉(zhuǎn)換精度提高很多。倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度，都優(yōu)于權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC，許多型號(hào)的集成DAC芯片都采用此結(jié)構(gòu)。三.其他類(lèi)型DAC1.權(quán)電流型DAC2.權(quán)電容型DAC3.雙極性輸出型DAC電路結(jié)構(gòu)與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

3、類(lèi)似，內(nèi)部使用多個(gè)恒流源，其大小依次為前一個(gè)的一半，從而構(gòu)成“權(quán)結(jié)構(gòu)”。仍采用權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC類(lèi)似的電路結(jié)構(gòu)，但用多個(gè)電容替代了權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)中的各電阻，且電容大小仍滿(mǎn)足“權(quán)結(jié)構(gòu)”。實(shí)際工作中常常需要將帶符號(hào)（可正、可負(fù)）的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，此時(shí)就需要使用雙極性輸出型DAC。12.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)一.轉(zhuǎn)換精度表征DAC的理論轉(zhuǎn)換精度。分辨率轉(zhuǎn)換誤差表示器件實(shí)際輸出模擬量和理論輸出量之間的偏差。1.分辨率DAC輸入的最小有效數(shù)字“00…01”和最大有效數(shù)字“11…11”分別對(duì)應(yīng)的輸出模擬量

4、的比值，即MSB和FSR對(duì)應(yīng)的輸出模擬量的比值。n位DAC器件，常常直接把“2n”或者“n位”稱(chēng)為分辨率。例如：8位DAC的分辨率就是255，或者8位。一.轉(zhuǎn)換精度2.轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差是一個(gè)綜合性的靜態(tài)指標(biāo)，它通常包括比例系數(shù)誤差、非線(xiàn)性誤差、漂移誤差等多個(gè)成分，這些誤差的絕對(duì)值之和，就是DAC的轉(zhuǎn)換誤差大小。由于DAC電路內(nèi)各環(huán)節(jié)不可避免地存在與理論性能不一致的差異，因此實(shí)際的輸出模擬量和理論輸出量之間存在一定誤差，這種誤差的最大差值稱(chēng)為DAC的轉(zhuǎn)換誤差。二.轉(zhuǎn)換速度（建立時(shí)間）DAC的轉(zhuǎn)換速度通常用建立

5、時(shí)間來(lái)描述，指從數(shù)字信號(hào)輸入DAC開(kāi)始，到輸出端對(duì)應(yīng)得到穩(wěn)定的模擬信號(hào)為止，整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程所需要的時(shí)間。建立時(shí)間tset的定量：從輸入數(shù)字量發(fā)生突變開(kāi)始，到輸出模擬量進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差±(1/2)LSB范圍以?xún)?nèi)的這段時(shí)間?，F(xiàn)在常用的集成DAC器件從內(nèi)部組成上區(qū)分，有兩大類(lèi)：★內(nèi)部只包含電阻網(wǎng)絡(luò)（或恒流源網(wǎng)絡(luò)、電容網(wǎng)絡(luò)等）和電子開(kāi)關(guān)?！锪硪活?lèi)內(nèi)部還集成了運(yùn)算放大器和參考電壓源發(fā)生器。使用時(shí)需要外接運(yùn)算放大器和參考電壓源，其轉(zhuǎn)換速度相對(duì)較慢，建立時(shí)間比第二類(lèi)大一些。同時(shí)，要選用高穩(wěn)定度的參考電壓源和低漂移高精度的運(yùn)

6、算放大器，以降低轉(zhuǎn)換誤差。使用更方便，轉(zhuǎn)換速度也更快。A/D轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）（ADC）模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)★直接ADC★間接ADC通過(guò)一套基準(zhǔn)電壓與取樣保持信號(hào)相比較，從而直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。一般而言，轉(zhuǎn)換速度較快，轉(zhuǎn)換精度與基準(zhǔn)電壓設(shè)定精度有很大關(guān)系。常見(jiàn)的有并聯(lián)比較型ADC、逐次逼近型ADC等。將輸入的模擬信號(hào)首先轉(zhuǎn)換為與其成正比的時(shí)間或頻率，然后再以某種方式將中間量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，也常稱(chēng)為計(jì)數(shù)式ADC?？蓪?shí)現(xiàn)很高的轉(zhuǎn)換精度，但轉(zhuǎn)換速度往往不如直接ADC。常見(jiàn)的有雙積分型ADC（V-T變換型）、V-f變換型

7、ADC等。12.3.1D/A轉(zhuǎn)換原理12.3A/D轉(zhuǎn)換器一.A/D轉(zhuǎn)換原理取樣保持量化編碼量化編碼電路uI(t)模擬信號(hào)u?I(t)…數(shù)字信號(hào)dn-1d1d0取樣保持電路1.取樣和保持取樣保持電路tuStuItu?I1取樣保持tu?I取樣定理fS≥2fImax在取樣間隔內(nèi)完成對(duì)應(yīng)的量化和編碼，輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。取樣-保持電路★取樣過(guò)程取樣脈沖S(t)=1期間：CuIuOuCVTAS(t)VT導(dǎo)通，輸入模擬信號(hào)uI(t)經(jīng)VT向電容C充電。電容的充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于取樣脈沖脈寬，則電容電壓uC(t)在取樣期間

8、完全可以跟上輸入信號(hào)uI(t)的變化，uO(t)=uI(t)?！锉３诌^(guò)程取樣脈沖S(t)=0期間：VT截止，則電容電壓uC(t)將保持為前一個(gè)瞬間uI(t)的數(shù)值，相應(yīng)的輸出信號(hào)也保持為該數(shù)值不變，直到下一次取樣時(shí)刻的到來(lái)。2.量化和編碼tu?I量化單位△輸出n位數(shù)字信號(hào)“00…01”對(duì)應(yīng)的輸入模擬電壓，是量化的最小數(shù)量單位。0V1/8V3/8V5/8V6/8V7/8V1V4/8V2/8V輸入0～1V輸出3位代碼