第七章數(shù)模與模數(shù)轉換器

第七章數(shù)模與模數(shù)轉換器第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三二．倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器（4位）所以，無論Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均接“地”（地或虛地）。圖中S0～S3為模擬開關，由輸入數(shù)碼Di控制，當Di=1時，Si接運算放大器反相輸入端（虛地），電流Ii流入求和電路；當Di=0時，Si將電阻2R接地。第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三可算出，基準電流I=VREF/R，輸出電壓：則流過各開關支路（從右到左）的電流分別為I/2、I/4、I/8、I/16。于是得總電流：將輸入數(shù)字量擴展到n位，則有：可簡寫為：vO=－KNB

其中：K=第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三三．D/A轉換器應用舉例DAC0808是8位權電流型D/A轉換器，其中D0～D7是數(shù)字量輸入端。用這類器件構成的D/A轉換器時，需要外接運算放大器和產生基準電流用的電阻R1。當VREF=10V、R1=5kΩ、Rf=5kΩ時，輸出電壓為：第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三DAC0808D/A轉換器輸出與輸入的關系（設VREF=10V）第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三1.轉換精度四．D/A轉換器的主要技術指標（2）轉換誤差——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，N位D/A轉換器的分辨率可表示為1/（2n-1）。2.轉換速度3.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生的變化量。一般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)。（2）轉換速率（SR）——在大信號工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。（1）分辨率——D/A轉換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)。輸入數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率越高。所以，在實際應用中，常用字量的位數(shù)表示D/A轉換器的分辨率。（1）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)定電壓值所需時間。最短可達0.1μS。第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三7.3A/D轉換器一．A/D轉換的一般步驟和取樣定理由于輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，所以一般的A/D轉換過程為：取樣、保持、量化和編碼。第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三

取樣定理：

因為每次把取樣電壓轉換為相應的數(shù)字量都需要一定的時間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時間?？梢?，進行A/D轉換時所用的輸入電壓，實際上是每次取樣結束時的vI值。式中fS為取樣頻率，fimax為輸入信號vI的最高頻率分量的頻率。第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三二．取樣—保持電路采樣時，uL=1,S閉合，u0=u0=uiu0通過R2對Ch充電，uch=uiuL=0,S打開，電容無法放電，u0=ui第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三三．并聯(lián)比較型A/D轉換器第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三并聯(lián)比較型A/D轉換器的輸入輸出關系第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三1．轉換原理：四．逐次比較型A/D轉換器第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三

2．邏輯電路第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三四．雙積分型A/D轉換器它由積分器、過零比較器（C）、時鐘脈沖控制門（G）和定時器、計數(shù)器（FF0～FFn）等幾部分組成。第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三（2）第一次積分階段工作原理：（1）準備階段計數(shù)器清零，積分電容放電，

vO=0V。t=0時，開關S1與A端接通，輸入電壓vI加到積分器的輸入端。積分器從0開始積分：第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三由于vO<0V，過零比較器輸出vC=1，控制門G打開。計數(shù)器從0開始計數(shù)。t=T1=2nTC

經(jīng)過2n個時鐘脈沖后，觸發(fā)器FF0～FFn－1都翻轉到0態(tài)，而Qn=1，開關S1由A點轉到B點，第一次積分結束。第一次積分時間為：

（3）第二次積分階段第一次積分結束時，積分器的輸出電壓VP為：當t=t1時，S1轉接到B點，基準電壓－VREF加到積分器的輸入端；積分器開始向相反進行第二次積分。當t=t2時，積分器輸出電壓vO>0V，比較器輸出vC=0，控制門G被關閉，計數(shù)停止。第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三在此階段結束時vO的表達式可寫為：設T2=t2－t1，于是有：設在此期間計數(shù)器所累計的時鐘脈沖個數(shù)為λ，則：可見，T2與VI成正比，T2就是雙積分A/D轉換過程的中間變量。上式表明，計數(shù)器中所計得的數(shù)λ（λ=Qn-1…Q1Q0），與在取樣時間T1內輸入電壓的平均值VI成正比。只要VI<VREF，轉換器就能將輸入電壓轉換為數(shù)字量。T2=λTC

第17頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三五．A/D轉換器的主要技術指標（1）分辨率——說明A/D轉換器對輸入信號的分辨能力。一般以輸出二進制（或十進制）數(shù)的位數(shù)表示。因為，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。1.轉換精度例如，相對誤差≤±LSB/2，就表明實際輸出的數(shù)字量和理論上應得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個字。（2）轉換誤差——它表示A/D轉換器實際輸出的數(shù)字量和理論上的