第七章數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器

第七章數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器第一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四二．倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)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(guān)，由輸入數(shù)碼Di控制，當(dāng)Di=1時(shí)，Si接運(yùn)算放大器反相輸入端（虛地），電流Ii流入求和電路；當(dāng)Di=0時(shí)，Si將電阻2R接地。第二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四可算出，基準(zhǔn)電流I=VREF/R，輸出電壓：則流過各開關(guān)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(kuò)展到n位，則有：可簡(jiǎn)寫為：vO=－KNB

其中：K=第三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四三．D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例DAC0808是8位權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器，其中D0～D7是數(shù)字量輸入端。用這類器件構(gòu)成的D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)，需要外接運(yùn)算放大器和產(chǎn)生基準(zhǔn)電流用的電阻R1。當(dāng)VREF=10V、R1=5kΩ、Rf=5kΩ時(shí)，輸出電壓為：第四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四DAC0808D/A轉(zhuǎn)換器輸出與輸入的關(guān)系（設(shè)VREF=10V）第五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四1.轉(zhuǎn)換精度四．D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（2）轉(zhuǎn)換誤差——此外，也可用D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的分辨率可表示為1/（2n-1）。2.轉(zhuǎn)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(chǎn)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?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。（2）轉(zhuǎn)換速率（SR）——在大信號(hào)工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。（1）分辨率——D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級(jí)數(shù)。輸入數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率越高。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，常用字量的位數(shù)表示D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。（1）建立時(shí)間（tset）——當(dāng)輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需時(shí)間。最短可達(dá)0.1μS。第六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四7.3A/D轉(zhuǎn)換器一．A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟和取樣定理由于輸入的模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)量，所以一般的A/D轉(zhuǎn)換過程為：取樣、保持、量化和編碼。第七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四

取樣定理：

因?yàn)槊看伟讶与妷恨D(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量都需要一定的時(shí)間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時(shí)間。可見，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所用的輸入電壓，實(shí)際上是每次取樣結(jié)束時(shí)的vI值。式中fS為取樣頻率，fimax為輸入信號(hào)vI的最高頻率分量的頻率。第八頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四二．取樣—保持電路采樣時(shí)，uL=1,S閉合，u0=u0=uiu0通過R2對(duì)Ch充電，uch=uiuL=0,S打開，電容無法放電，u0=ui第九頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四三．并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器第十頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器的輸入輸出關(guān)系第十一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四1．轉(zhuǎn)換原理：四．逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器第十二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四

2．邏輯電路第十三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四四．雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器它由積分器、過零比較器（C）、時(shí)鐘脈沖控制門（G）和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器（FF0～FFn）等幾部分組成。第十四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四（2）第一次積分階段工作原理：（1）準(zhǔn)備階段計(jì)數(shù)器清零，積分電容放電，

vO=0V。t=0時(shí)，開關(guān)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：第十五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四由于vO<0V，過零比較器輸出vC=1，控制門G打開。計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)。t=T1=2nTC

經(jīng)過2n個(gè)時(shí)鐘脈沖后，觸發(fā)器FF0～FFn－1都翻轉(zhuǎn)到0態(tài)，而Qn=1，開關(guān)S1由A點(diǎn)轉(zhuǎn)到B點(diǎn)，第一次積分結(jié)束。第一次積分時(shí)間為：

（3）第二次積分階段第一次積分結(jié)束時(shí)，積分器的輸出電壓VP為：當(dāng)t=t1時(shí)，S1轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)，基準(zhǔn)電壓－VREF加到積分器的輸入端；積分器開始向相反進(jìn)行第二次積分。當(dāng)t=t2時(shí)，積分器輸出電壓vO>0V，比較器輸出vC=0，控制門G被關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止。第十六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四在此階段結(jié)束時(shí)vO的表達(dá)式可寫為：設(shè)T2=t2－t1，于是有：設(shè)在此期間計(jì)數(shù)器所累計(jì)的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)為λ，則：可見，T2與VI成正比，T2就是雙積分A/D轉(zhuǎn)換過程的中間變量。上式表明，計(jì)數(shù)器中所計(jì)得的數(shù)λ（λ=Qn-1…Q1Q0），與在取樣時(shí)間T1內(nèi)輸入電壓的平均值VI成正比。只要VI<VREF，轉(zhuǎn)換器就能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。T2=λTC

第十七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期四五．A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率——說明A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。一般以輸出二進(jìn)制（或十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)表示。因?yàn)?，在最大輸入電壓一定時(shí)，輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。1.轉(zhuǎn)換精度例如，相對(duì)誤差≤±LSB/2，就表明實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個(gè)字。（2）轉(zhuǎn)換誤差——它表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的