《数模模数转换》PPT课件

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1、第 十 章 内 容 提 要 ： 数 一 模 （ D/A） 转 换 器 根 据 其 工 作 原 理 可 分 类 ： 1、 权 电 阻 网 络 数 一 模 转 换 器 。 2、 倒 梯 形 电 阻 网 络 数 一 模 转 换 器 。 3、 权 电 流 数 一 模 转 换 器 。 模 一 数 （ A/D） 转 换 器 根 据 其 工 作 原 理 分 类 ： 1. 直 接 型 A/D转 换 器 ： 并 联 比 较 型 A/D 反 馈 比 较 型 A/ 2. 间 接 型 A/D转 换 器 ： 双 积 分 A/D转 换 器 V-F（ 电 压 一 频 率 ） 变 换 型 A/D 主 要 技 术 指 标 ：

2、转 换 精 度 及 转 换 速 度 。 10.1 概 述一 、 用 途 及 要 求传 感 器 放 大 器 A/D转 换 微 型 计算 机控 制对 象 D/A转 换电 加 热 炉热 电 偶 执 行 机 构！ 精 度！ 速 度 温度 时 间 二 、 分 类 DACDACDAC DACT DACAD 权 电 容 网 络开 关 树 型权 电 流 型形 电 阻 网 络倒权 电 阻 网 络/ 变 换 型变 换 型间 接 型 反 馈 比 较 型并 联 比 较 型直 接 型 FV TVDA / 10.2D/A转 换 器D=111101 D/A A(电 压 或 电 流 ) ？ 权 电 阻 网 络 模 拟 开 关

3、求 和 放 大 器10.2.1权 电 阻 网 络 D/A转 换 器一 、 电 路 结 构 和 工 作 原 理 00 0,0, IOIV iVV RiAA ， 且必 有当 接 成 深 度 负 反 馈 时 ，即 为 理 想 放 大 器 ，设负 反 馈 放 大 器 ： RVI RVI RVI RVI R VI REFREFREF REF iREFi 03 12 21 30 2222 权 电 流 ： 点流 向时 ，时 ， ii ii Id Id 1 00 控 制受 数 字 0303 ddSS 权 电 阻 网 络 模 拟 开 关 )( )( )( 001122334 031223 0123 22222

4、222 ddddV dRVdRVdRVdRVR IIIIR iRV REF REFREFREFREFFF FO 输 出 电 压 ： 优 缺 点 ： 1.优 点 ： 简 单 2.缺 点 ： 电 阻 值 相 差 大 ， 难 于 保 证 精 度 ，且 大 电 阻 不 宜 于 集 成 在 IC内 部2RRF 10.2.2倒 T形 电 阻 网 络 DAC希 望 用 较 少 类 型 的 电 阻 ， 仍 然 能 得 到 一 系 列 权 电 流 RRRR )()()()( 1684201 0123 IdIdIdIdiId iId ii ii 流 入 地 端时 ， 流 入时 ， DV ddddRVRRiV RE

5、F REFO 4 0011223342 222221 )( DV ddddRVRRiV REF REFO 4 0011223342 222221 )( DV ddddRVR RiV n nREF nnnnnREFO 2 )2222(21 00112211 位 输 入 时 ， 应 有对 REFnnOnn VVD 2 120120 ,范 围 为 为 “ 正 ”取 “ 负 ” 则 得 OREF VV 7520CB实 例 ： 10.2.6具 有 双 极 性 输 出 的 DAC 一 、 原 理 ： 例 ： 输 入 为 3位 二 进 制 补 码 。 最 高 位 为 符 号位 ， 正 数 为 0， 负 数

6、为 1补 码 输 入 对 应 的十 进 制 要 求 的输 出D2D1D00 1 1 +3 +3V0 1 0 +2 +2V0 0 1 +1 +1V0 0 0 0 0V1 1 1 -1 -1V1 1 0 -2 -2V1 0 1 -3 -3V 1 0 0 -4 -4V 原 码 输 入 对 应 的输 出 偏 移 后的 输 出D2D1D01 1 1 +7V +3V1 1 0 +6V +2V1 0 1 +5V +1V1 0 0 +4V 0V0 1 1 +3V -1V0 1 0 +2V -2V0 0 1 +1V -3V0 0 0 0V -4V补 码 输 入 对 应 的十 进 制 要 求 的输 出D2D1D0

7、0 1 1 +3 +3V0 1 0 +2 +2V0 0 1 +1 +1V0 0 0 0 0V1 1 1 -1 -1V1 1 0 -2 -2V1 0 1 -3 -3V1 0 0 -4 -4V D/A*将 符 号 位 反 相 后 接 至 高 位 输 入*将 输 出 偏 移 使 输 入 为 100时 ， 输 出 为 0 1 二 、 电 路 实 现*将 符 号 位 反 相 后 接 至 高 位 输 入 *将 输 出 偏 移 使 输 入 为 100时 ，输 出 为 0 VV VV VV VVddd dddV VV OOOOOREF 4100 7111 1001 0000 22228 81 012 0011

8、223 则则 )(. 即 可只 需 令 时 ，输 入 时 ，使 输 入偏 移 RVIRViI RVIi VV REFBBB REF O2222100 010042 ,. 10.2.7DAC的 转 换 精 度 与 速 度一 、 转 换 精 度1.分 辨 率 （ 理 论 精 度 ） 用 输 入 数 字 量 的 二 进 制 数 码 位 数 给 出 n位 DAC,应 能 输 出 0 2n-1个 不 同 的 等级 电 压 ， 区 分 出 输 入 的 000到 111， 2n-1个 不 同 状 态 2. 转 换 误 差 （ 实 际 精 度 ）用 最 低 有 效 位 的 倍 数 来 表 示有 时 也 用 绝

9、 对 误 差 与 输 出 电 压 满 刻 度 的 百 分 数 来表 示 二 、 误 差 分 析 nnREFOnnREFO REF DVVDVV V 221 引 起 的 误 差. 移零 点 漂 移 导 致 的 曲 线 漂由 漂 移 误 差OpA.2 ， 电 阻 网 络 的 偏 差 引 起为模 拟 开 关 的 导 通 内 阻 不非 线 性 误 差 03. 对 值 相 加总 误 差 ： 几 种 误 差 的 绝* 10.3A/D转 换 器10.3.1A/D转 换 的 基 本 原 理(m ax)53( (m ax),2 iS iS ff ff 一 般 取一 、 采 样 定 理 D=111101A/D电

10、压 或 电 流 二 、 量 化 和 编 码1. 量 化 ： 将 采 样 电 压 表 示 为 最 小 数 量 单 位 （ ）的 整 数 倍2. 编 码 ： 将 量 化 的 结 果 用 代 码 表 示 出 来 （ 二 进 制 ，二 -十 进 制 ）3. 量 化 误 差 ： 当 采 样 电 压 不 能 被 整 除 时 ， 将 引入 量 化 误 差 111 110 101 100 011 010 001 000 111 110 101 100 011 010 001 000 输 入 信 号 1V 7/8V 6/8V 5/8V 4/8V 3/8V 2/8V 1/8V 0 二 进 制 代 码 输 入 信

11、号 二 进 制 代 码 1V 13/15V 11/15V 9/15V 7/15V 5/15V 3/15V 1/15V 0 代 表 的 模 拟 电 压 7=7/8（ V） 6=6/8（ V） 5=5/8（ V） 4=4/8（ V） 3=3/8（ V） 2=2/8（ V） 1=1/8（ V） 0 =0 （ V） 代 表 的 模 拟 电 压 7=14/15（ V） 6=12/15（ V） 5=10/15（ V） 4= 8/15（ V） 3= 6/15（ V） 2= 4/15（ V） 1= 2/15（ V） 0 = 0 (V） 10.3.2 抽 样 保 持 电 路！ 加 大 输 入 电 阻！ 减 小

12、输 出 电 阻！ Av=1 抽 样保 持 10.3.3并 联 比 较 型 A/D转 换 器 并 联 比 较 型 REFV1513REFV1513 REFV151 REFV153 00000001510 RV 0000001153151 RR VV 0000011155153 RR VV 0000111157155 RR VV 0001111159157 RR VV 00111111511159 RR VV 011111115131511 RR VV 111111115151513 RR VV 量 化方 案 1 00000001510 RV 0000001153151 RR VV 0000011

13、155153 RR VV 0000111157155 RR VV 0001111159157 RR VV 00111111511159 RR VV 011111115131511 RR VV 111111115151513 RR VV 111110101100011010001000 输 入 量 化 编 码 2、 特 点* 速 度 快 ， CLK触 发 信 号 到 达 到 输 出 稳 定 建立 只 需 几 十 纳 秒*精 度 ， 受 参 考 电 压 、 分 压 网 络 等 因 素 影 响*有 存 储 器 ， 不 需 要 S/H电 路*电 路 规 模 ， n位 需 要 2n-1比 较 器 ， 触

14、 发 器 10.3.4反 馈 比 较 型 A/D转 换 器1.计 数 型基 本 原 理 ： 取 一 个 “ D”加 到 DAC上 ， 得 到 模 拟 输 出 电 压 ，将 该 值 与 输 入 电 压 比 较 ， 如 两 者 不 等 ， 则 调整 D的 大 小 ， 到 相 等 为 止 ， 则 D为 所 求 值！ 简 单！ 慢 CLKn T）最 多 需 要 （ 12 2、 逐 次 渐 近 型 . ,.n VV VV IO IO ”再 将 次 高 位 置 “ ” ， 改 为 “则 去 掉 “则 保 留若 ”高 位 先 置 “ 12 01111 次 就 够 了只 要 比 较 n！ 电 路 不 太 复

15、杂！ 较 快 3位 ：5个 CLKN位 : ( n+2)个CLK 10.3.5双 积 分 型 A/D转 换 器双 积 分 型 （ V-T变 换 型 ）先 将 V转 换 成 与 之 成 正 比 的 时 间 宽 度 信 号 ，然 后 在 这 个 时 间 内 用 固 定 频 率 脉 冲 计 数 IO T IIO I I L VV VRCTdtRVCV VT TVS SV 所 以 不 变期 间 的 积 分， 积 分 器 作 固 定 时 间第 一 步 ， 断 开转 换 开 始起 始 状 态 ： 计 数 器 清 零10 11 11 01121 )(,. IREFIREFIT REFO OREFI VVTT

16、TRCVTRCVTRCVdtRVCV VVS 121210 ;01 02 积 分 器 作 反 相 积 分 ， 至第 二 步 ： : )1( 2计 数 ， 则 脉 冲间 用 固 定 的 频 率 期令 计 数 器 在 CCC fTf T IREFCC VVT TfTD 12 IREFCIREFC C VVND NTT VVT T fTD 1 12若 电 路 实 现 IREFnCn VVDTT 221 ，若 10.3.6V-F变 换 型 A/D转 换 器 10.3.7ADC的 转 换 速 度 与 转 换 精 度一 、 速 度 取 决 于 电 路 结 构 类 型并 联 比 较 型 ： 1微 秒逐 次 渐 近 型 ： 10100微 秒 /次双 积 分 型 ： 几 十 毫 秒 /次二 、 转 换 精 度1.分 辨 率 ： 以 输 出 二 进 制 或 十 进 制 的 位 数 表 示 ，说 明 A/D转 换 器 对 输 入 信 号 的 分 辨 能 力 。2.转 换 误 差 ： 通 常 以 输 出 误 差 最 大 值 的 形 式 给出 ， 表 示 实 际 输 出 的 数 字 量 和 理 论 上 应 有 的输 出 数 字 量 之 间 的 差 别 。