模擬-數(shù)字轉換器

第11章A/D和D/A

11.1概述

11.3A/D轉換器

11.2D/A轉換器返回1下頁總目錄11.1數(shù)-模轉換

概述權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器倒梯形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器

D/A轉換器的轉換精度與轉換速度2下頁返回上頁為了能夠使用數(shù)字電路處理模擬信號，必須把模擬信號轉換成相應的數(shù)字信號，才能送入數(shù)字系統(tǒng)（計算機）進行處理。還經(jīng)常需要把處理后的數(shù)字信號再轉換成模擬信號，作為最后的輸出。11.1、概述3下頁返回上頁從模擬信號到數(shù)字信號的轉換稱為模–數(shù)轉換，簡稱A/D轉換。從數(shù)字信號到模擬信號的轉換稱為數(shù)–模轉換，簡稱D/A轉換。轉換精度和轉換速度是衡量A/D轉換器和D/A轉換器性能優(yōu)劣的主要指標。4下頁返回上頁各支路電流為二、權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器REFV5下頁返回上頁取RF=R/2，得對n位權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器取RF=R/2，得6下頁返回上頁優(yōu)點：結構比較簡單，所用的電阻元件很少。缺點：各個電阻的阻值相差較大。權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器7下頁上頁返回di=0時開關Si

接至放大器的V+

。di=1時開關Si

接至放大器的V-。三.倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器8下頁上頁返回計算倒T形電阻網(wǎng)絡支路電流的等效電路可計算出各支路中的電流:每個支路的電流依次為：9下頁上頁返回倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器10下頁上頁返回四.D/A轉換器的轉換精度與轉換速度在D/A轉換器中常用分辨率和轉換誤差來描述轉換精度。分辨率：用輸入二進制數(shù)碼的位數(shù)給出。用D/A轉換器能夠分辨出的最小電壓與最大電壓之比給出。11下頁上頁返回轉換誤差：實際D/A轉換特性和理想D/A轉換特性間的最大偏差。一般用最低有效位的倍數(shù)表示。也可用輸出電壓滿刻度FSR的百分數(shù)。表示輸出電壓誤差絕對值的大小。如果VREF偏離標準值△

VREF，則4位倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器的輸出電壓誤差為：表示方法：12下頁上頁返回轉換速度：通常用建立時間tset來定量描述D/A轉換器的轉換速度。tsetvoto穩(wěn)態(tài)值13下頁總目錄11.2模-數(shù)轉換

A/D轉換器的基本原理取樣-保持電路并聯(lián)比較型A/D轉換器

A/D轉換器的轉換精度和轉換速度反饋比較型A/D轉換器

V-F變換型A/D轉換器14下頁返回上頁1.取樣定理一、A/D轉換器的基本原理對輸入模擬信號的取樣模擬信號取樣信號取樣信號必須有足夠高的頻率取樣頻率vI最高頻率15下頁返回上頁還原取樣信號所用濾波器的頻率特性滿足取樣定理條件下，可用低通濾波器將取樣信號還原為輸入模擬信號。16下頁返回上頁2.量化和編碼量化：進行A/D轉換時，取樣電壓表示為數(shù)字信號所取的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍,所取最小數(shù)量叫做量化單位，用Δ表示。數(shù)字信號最低有效位的1所代表的數(shù)量大小就等于Δ。編碼：把量化的結果用代碼表示出來，

這些代碼是A/D轉換的結果。量化誤差：量化過程引入的誤差。當輸入的模擬電壓在正、負范圍內變化時，一般要求采用二進制補碼的形式編碼。17下頁返回上頁二、取樣-保持電路模擬開關控制信號vL為高電平時T導通，取樣。vL返回低電平后T截止，保持。取樣—保持電路的基本形式以上電路很不完善，取樣速度受限制。動畫18下頁返回上頁集成取樣-保持電路LF398vL為高電平時S閉合，電路處于取樣工作狀態(tài)。vL返回低電平后S斷開，電路進入保持狀態(tài)。典型接法LF39823876514238765電路結構19下頁上頁返回三、并聯(lián)比較型A/D轉換器并聯(lián)比較型A/D轉換器屬于直接A/D轉換器，它能將輸入的模擬電壓直接轉換為輸出的數(shù)字量而不需要經(jīng)過中間變量。圖示電路輸入為0~VREF間的模擬電壓，輸出為3位二進制數(shù)碼d2d1d0。20下頁上頁返回四、反饋比較型A/D轉換器1.計數(shù)型A/D轉換器轉換開始前先用復位信號將計數(shù)器置零，而且轉換控制信號應停留在vL=0的狀態(tài)。并行數(shù)字輸出計數(shù)器輸出寄存器21下頁上頁返回當vL變?yōu)楦唠娖綍r開始轉換，計數(shù)器開始計數(shù)，vO不斷增加。當增至vO

=vI時，

vB=0將門封鎖，計數(shù)器停止計數(shù)，這時計數(shù)器中所存的數(shù)字就是所求的輸出數(shù)字信號。并行數(shù)字輸出計數(shù)器輸出寄存器這種方案的明顯缺點是轉換時間太長。22下頁上頁返回2.逐次漸近型A/D轉換器并行數(shù)字輸出轉換開始前先將寄存器清零，所以加給D/A轉換器的數(shù)字量也全是0。23下頁上頁返回并行數(shù)字輸出轉換控制信號vL變?yōu)楦唠娖綍r開始轉換，時鐘信號首先將寄存器的最高位置成1，使寄存器的輸出為100…00。這個數(shù)字量被D/A轉換器轉換成相應的模擬電壓vO，并送到比較器與輸入信號vI進行比較。24下頁上頁返回如果vO

>

vI，說明數(shù)字過大了，則這個1應去掉；如果vO

<

vI，說明數(shù)字還不夠大，這個1應保留。然后，再按同樣的方法將次高位置1，并比較vO與vI的大小以確定這一位的1是否應當保留。這樣逐位比較下去，直到最低位比較完為止。這時寄存器里所存的數(shù)碼就是所求的輸出數(shù)字量。逐次漸近型A/D轉換器的轉換速度比并聯(lián)比較型A/D轉換器低，但比計數(shù)型A/D轉換器的轉換速度要高得多。而且在輸出位數(shù)較多時，逐次漸近型A/D轉換器的電路規(guī)模要比并聯(lián)比較型小得多。因此逐次漸近型A/D轉換器是目前集成A/D轉換器產(chǎn)品中用得最多的一種電路。25下頁上頁返回計數(shù)器寄存器五、V-F變換型A/D轉換器并行數(shù)字輸出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器計數(shù)脈沖V-F變換器V-F變換型A/D轉換器的電路結構框圖26下頁上頁返回六、A/D轉換器的轉換精度與轉換速度單片集成的A/D轉換器采用分辨率和轉換誤差來描述。分辨率：以輸出二進制或十進制的位數(shù)表示，說明A/D轉換器對輸入信號的分辨能力。轉換誤差：通常以輸出誤差最大值的形式給出，表示實際輸出的數(shù)字量和理論上應有的輸出數(shù)字量之間的差別。1.A/D轉換器的轉換精度27下頁上頁返回A/D轉換器的轉