九章數(shù)模與模數(shù)轉換電路-ppt課件

1、 第九章第九章 數(shù)模與模數(shù)轉換電路數(shù)模與模數(shù)轉換電路9.1 D/A轉換器轉換器一一 D/A轉換器的根本原理轉換器的根本原理 對于有權碼，先將每位代碼按其權的大小轉換成相應的模擬量，然后將這些對于有權碼，先將每位代碼按其權的大小轉換成相應的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實現(xiàn)了數(shù)字模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實現(xiàn)了數(shù)字/ /模擬模擬轉換。轉換。01234567001010011100101110111D/A轉換器DDD01n-1.vo輸入輸出vo/VD000二二 倒倒T形電阻網(wǎng)絡形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器轉換器4位位所以，無論所以，無論Si處

2、于何種位置，與處于何種位置，與Si相連的相連的2R電阻均接電阻均接“地地或虛地。地地或虛地。圖中圖中S0S3為模擬開關，由輸入數(shù)碼為模擬開關，由輸入數(shù)碼Di控制，控制，當當Di=1時，時，Si接運算放大器反相輸入端虛地，電流接運算放大器反相輸入端虛地，電流Ii流入求和電路；流入求和電路；當當Di=0時，時，Si將電阻將電阻2R接地。接地。DDDD(LSB)(MSB)SSSS00112233R+Avoif1682R2R+V2RRI4R4IREFI8II2R2RIRIII1622可算出，基準電流可算出，基準電流 I=VREF/R，輸出電壓：輸出電壓：那么流過各開關支路從右到左的電流分別為那么流過各

3、開關支路從右到左的電流分別為 I/2、I/4、I/8、I/16。于是得總電流：于是得總電流：將輸入數(shù)字量擴展到將輸入數(shù)字量擴展到n位，那么有：位，那么有：可 簡 寫 為 ：可 簡 寫 為 ： v O = KNB 其中：其中：)2222(13223140DDDDRViREF)2(2304iiiREFDRVfORiv)2(2304iiiREFfDVRR)2(210iniinREFfODVRRvnREFfVRR2K=三三 權電流型權電流型D/A轉換器轉換器為進一步提高為進一步提高D/A轉換器的轉換精度，可采用權電流型轉換器的轉換精度，可采用權電流型D/A轉換器。轉換器。DDD(LSB)(MSB)SS

4、SS00112233R+AvoifI24I8I16IVREFDiiiffffODRIDDDDRIDIDIDIDIRRiv22)2222(2)16842(3040011223340123采器具有電流負反響的采器具有電流負反響的BJT恒流源電路的權電流恒流源電路的權電流D/A轉換器：轉換器：DDDD(LSB)(MSB)SSSS33221100R+Avoif+A1216II216II4I8IIIIIIIREFE3E2E1E0ECBBV2R2RR2RR2RRR2REE偏置偏置電流I=IREF=REFVR1TTTTTTr3210c1RREFVVR+VR由倒由倒T形電阻網(wǎng)絡分析可知，形電阻網(wǎng)絡分析可知，I

5、E3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8，IE0=I/16，于是可得輸出電壓為，于是可得輸出電壓為可推得可推得n位倒位倒T形權電流形權電流D/A轉換器的輸出電壓：轉換器的輸出電壓：)2222(20011223314REFODDDDRVRRivff基準電流：基準電流：3E1REFREF2IRVIiniinfDRRVv22101REFO四四 D/A轉換器運用舉例轉換器運用舉例DAC0808是是8位權電流型位權電流型D/A轉換器，其中轉換器，其中D0D7是數(shù)字量輸入端。是數(shù)字量輸入端。用這類器件構成的用這類器件構成的D/A轉換器時，需求外接運算放大器和產(chǎn)生基準電流轉換器時，需求外接運算放大器和產(chǎn)

6、生基準電流用的電阻用的電阻R1。當當VREF=10VVREF=10V、R1=5kR1=5k、Rf=5kRf=5k時，時，輸出電壓為：輸出電壓為：56789101112DDDDDDDD01234567vO+5k5k5kREFV0.01F13CCV=+5VEEV=-15VA數(shù)字量輸入模擬量輸出DAC0808（LSB）（MSB）141524163Rf1R7087018221022iiiiiiREFfODDRVRvDAC0808 D/A轉換器輸出與輸入的關系轉換器輸出與輸入的關系 設設VREF=10V1.轉換精度轉換精度 五五 D/A轉換器的主要技術目的轉換器的主要技術目的2轉換誤差轉換誤差此外，也可

7、用此外，也可用D/A轉換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比來表示分辨率，轉換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比來表示分辨率，N位位D/A轉換器的分辨率可表示為轉換器的分辨率可表示為 1/2n-1。2.轉換速度轉換速度3. 溫度系數(shù)溫度系數(shù)在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。普在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。普通用滿刻度輸出條件下溫度每升高通用滿刻度輸出條件下溫度每升高1，輸出電壓變化的百分數(shù)作為溫度系數(shù)。，輸出電壓變化的百分數(shù)作為溫度系數(shù)。2轉換速率轉換速率SR在大信號任務形狀下模擬電壓的變化率。在大信號任務形狀下模擬電壓的變化率。1分辨率分辨率D/

8、A轉換器模擬輸出電壓能夠被分別的等級數(shù)。轉換器模擬輸出電壓能夠被分別的等級數(shù)。輸入數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率越高。所以，在實踐運用中，常用字量的位數(shù)輸入數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率越高。所以，在實踐運用中，常用字量的位數(shù)表示表示D/A轉換器的分辨率。轉換器的分辨率。1建立時間建立時間tset當輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時，輸出電壓變化到相應穩(wěn)定當輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時，輸出電壓變化到相應穩(wěn)定電壓值所需時間。最短可達電壓值所需時間。最短可達0.1S。9.2 A/D9.2 A/D轉換器轉換器一一A/D轉換的普通步驟和取樣定理轉換的普通步驟和取樣定理由于輸入的模擬信號在時間上是延續(xù)量，所以普通的由于輸入的模擬信號在

9、時間上是延續(xù)量，所以普通的A/D轉換過程為：取樣、轉換過程為：取樣、堅持、量化和編碼。堅持、量化和編碼。CPSSADC取樣保持電路ADC的量化編碼電路.DDDn-110vI（t）vI（t）輸入模擬電壓取樣展寬信號數(shù)字量輸出（n位） 取樣定理： 由于每次把取樣電壓轉換為相應的數(shù)字量都需求一定的時間，所以在每次取樣以后，由于每次把取樣電壓轉換為相應的數(shù)字量都需求一定的時間，所以在每次取樣以后，必需把取樣電壓堅持一段時間。可見，進展必需把取樣電壓堅持一段時間?？梢姡M展A/DA/D轉換時所用的輸入電壓，實踐上是轉換時所用的輸入電壓，實踐上是每次取樣終了時的每次取樣終了時的vIvI值。值。式中式中fS

10、為取樣頻率，為取樣頻率，fimax為輸入信號為輸入信號vI的最高頻率分量的頻率。的最高頻率分量的頻率。max2iSff二二 取樣取樣堅持電路堅持電路電路組成及任務原理取電路組成及任務原理取Ri=Rf:當控制信號當控制信號vL為高電平常，為高電平常，T導通，導通，vI經(jīng)電阻經(jīng)電阻Ri和和T向電容向電容Ch充電。充電。 那么充電終了后那么充電終了后 vO=vI=vC。N溝道溝道MOS管管T作為開關用。作為開關用。當控制信號前往低電平后，當控制信號前往低電平后，T截止。截止。Ch無放電回路，所以無放電回路，所以vO的數(shù)值的數(shù)值 可被保管下來?？杀槐９芟聛怼RifIvLvTAChvo三三 并行比較型

11、并行比較型A/D轉換器轉換器3位位CCCCCCC4CCCCO4CCCRRRRRRRR/2VREFVREFREFVVREFVREF15151515131131DQQC11D1D碼QD(MSB)編1DQ先2QQQ1D1D優(yōu)C1器C11D01D(LSB)C11C1C1C1DICPv電壓比較器寄存器代碼轉換器O7O1O2O6O5O31762531234567IIIIIII7654321輸入模擬電壓寄存器狀態(tài)數(shù)字量輸出（代碼轉換器輸入）（代碼轉換器輸出）QQQQQQQ7654321DDD210vI15()15)(1515)(1515)(1515)(1515)(1515)(1515)(1103355779

12、9111113131VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF00000011111111111110111001100110110111000100100000000100000001010011100101110111 并行比較型并行比較型A/D轉換器真值表轉換器真值表1 轉換原理：轉換原理：四四 逐次比較型逐次比較型A/D轉換器轉換器vIREFV169VREF1016設： 2 邏輯電路邏輯電路RSQC1RSQC11DS1RCQ1DS1RCQ1DS1RCQ1D123401DRQQQQQABCDESCPABCDEF移位寄存器DDDD123轉換器D/AVFFFFFFFFF

13、F01234數(shù)據(jù)寄存器DDDD32100&CPQ5啟動脈沖+5V+5V+5VC1REF（MSB）（LSB）vIvOvC1GG12FF5vIREFV169VREF1016設：五雙積分型五雙積分型A/D轉換器轉換器它由積分器、過零比較器它由積分器、過零比較器C、時鐘脈沖控制門、時鐘脈沖控制門G和定時器、和定時器、計數(shù)器計數(shù)器FF0FFn等幾部分組成。等幾部分組成。C1nFFR1J1KC1n-1FFR1J1KC11FFR1J1KC10FFR1J1K1111ACRCvOvCTCS2n級計數(shù)器DDDn-110.（MSB）（LSB）數(shù)字量輸出Qn-1Q1Q0QnCR+A1ISVvREFSVB1CP&vG2

14、第一次積分階段第一次積分階段任務原理：任務原理：1 1預備階段預備階段計數(shù)器清零，計數(shù)器清零，積分電容放電，積分電容放電， vO=0V vO=0V。t=0時，開關時，開關S1與與A端端接通，輸入電壓接通，輸入電壓vI加到加到積分器的輸入端。積分積分器的輸入端。積分器從器從0開場積分：開場積分：ooooTT12ttttT1T2vs1ovGvc+IvREFVvp12ott1t2vQn(a)(b)(c)(d)(e)tIOdtvv01由于由于vO0V，比較器輸出，比較器輸出vC=0，控制門，控制門G被封鎖，被封鎖，計數(shù)停頓。計數(shù)停頓。ICnIPVTVTV21dtVVtvttREFPO)(1)(212在

15、此階段終了時在此階段終了時vO的表達式可寫的表達式可寫為：為：設設T2=t2t1，于是有：，于是有：設在此期間計數(shù)器所累計的時鐘脈沖個數(shù)為設在此期間計數(shù)器所累計的時鐘脈沖個數(shù)為，那么：，那么：可見，可見，T2與與VI成正比，成正比，T2就是雙積分就是雙積分A/D轉換過程的中間變量。轉換過程的中間變量。 上式闡明，計數(shù)器中所計得的數(shù)上式闡明，計數(shù)器中所計得的數(shù)=Qn-1Q1Q0，與在取樣時間，與在取樣時間T1內內輸入電壓的平均值輸入電壓的平均值VI成正比。只需成正比。只需VIVREF，轉換器就能將輸入電壓轉換，轉換器就能將輸入電壓轉換為數(shù)字量。為數(shù)字量。0)(1)(212dtVVtvttREFP

16、OICnREFVTTV22T2=TC IREFCnVVTT22IREFnCVVTT22六六 A/D轉換器的主要技術目的轉換器的主要技術目的1分辨率分辨率闡明闡明A/D轉換器對輸入信號的分辨才干。轉換器對輸入信號的分辨才干。 普通以輸出二進制或十進制數(shù)的位數(shù)表示。由于，在最大輸入電壓一定時，普通以輸出二進制或十進制數(shù)的位數(shù)表示。由于，在最大輸入電壓一定時，輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。1. 轉換精度轉換精度例如，相對誤差例如，相對誤差LSB/2，就闡明實踐輸出的數(shù)字量和實際上應得到的輸出，就闡明實踐輸出的數(shù)字量和實際上應得到的輸出數(shù)字量之間的誤差

17、小于最低位的半個字。數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個字。2轉換誤差轉換誤差它表示它表示A/D轉換器實踐輸出的數(shù)字量和實際上的輸出數(shù)字轉換器實踐輸出的數(shù)字量和實際上的輸出數(shù)字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示。量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示。2. 轉換時間轉換時間指從轉換控制信號到來開場，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號指從轉換控制信號到來開場，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。所經(jīng)過的時間。并行比較并行比較A/D轉換器轉換速度最高；逐次比較型轉換器轉換速度最高；逐次比較型A/D轉換器次之；間接轉換器次之；間接A/D轉轉換器的速度最慢。換器的速度最慢。本章小結本章小結1 1A/DA/

18、D和和D/AD/A轉換器是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的重要部件，運用日益廣泛。轉換器是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的重要部件，運用日益廣泛。5 5A/DA/D轉換器和轉換器和D/AD/A轉換器的主要技術參數(shù)是轉換精度和轉換速度，在與轉換器的主要技術參數(shù)是轉換精度和轉換速度，在與系統(tǒng)銜接后，轉換器的這兩項目的決議了系統(tǒng)的精度與速度。目前，系統(tǒng)銜接后，轉換器的這兩項目的決議了系統(tǒng)的精度與速度。目前，A/DA/D與與D/AD/A轉換器的開展趨勢是高速度、高分辨率及易于與微型計算機轉換器的開展趨勢是高速度、高分辨率及易于與微型計算機接口，用以滿足各個運用領域對信號處置的要求。接口，用以滿足各個運用領域對信號處置的要求。2 2倒倒T T型電阻網(wǎng)絡型電阻網(wǎng)絡D/AD/A轉換器中電阻網(wǎng)絡阻值僅有轉換器中電阻網(wǎng)絡阻值僅有R R和和2R2R兩種，各兩種，各2R2R支路支路電流電流IiIi與與DiDi數(shù)碼形狀無關，是一定值。由于支路電流流向運放反相端數(shù)碼形狀無關，是一定值。由于支路電流流向運放反相端時不存在傳輸時間，因此具有較高的轉換速度。時不存在傳輸時間，因此具有較高的轉換速度。3 3在權電流型在權電流型