春泥 庾澄庆下载:第 九 章 数 - 模和模 - 数转换
来源:百度文库 编辑:中财网 时间:2024/05/08 12:43:14
教学要求:
理解 D/A 转换器、 A/D 转换器电路的工作原理;
掌握 D/A 转换器、 A/D 转换器的电路组成;
了解 D/A 转换器、 A/D 转换器的应用。
教学重点:
D/A 、 A/D 转换的基本原理,技术指标。
常用的 D/A 、 A/D 器件类型及其特点。
9.1 概述
数模转换是将数字量转换为模拟电量(电流或电压),使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。实现
这种转换功能的电路叫数模转换器( DAC )。
模数转换则是将模拟电量转换为数字量,使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。实现这种转换功能
的电路称为模数转换器( ADC )。
图9.1.1 典型数字系统控制框图
9.2 D/A 转换器
9.2.1 R - 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器
图9.2.1 R - 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器
一、 R - 2R 倒 T 形电阻网络的特点及转换原理
图9.2.2 R - 2R 倒 T 形电阻网络的等效电路
流入求和运算放大器的电流为:
这样就实现了数字量到模拟量的转换。
二、求和运算放大器的输出电压
倒 T 形电阻网络由于流过各支路的电流恒定不变,故在开关状态变化时,不需电流建立时间,所以该电路
转换速度高,在数模转换器中被广泛采用。
图9.2.3 CMOS电子模拟开关
9.2.2 D/A 转换器的主要参数
1 .分辨率
分辨率是指 D/A 转换器模拟输出所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。对于一个 n 位的
D/A 转换器,分辨率可表示为
分辨率与 D/A 转换器的位数有关,位数越多,能够分辨的最小输出电压变化量就越小。
2 .转换精度
转换精度是指 D/A 转换器实际输出的模拟电压与理论输出模拟电压的最大误差。通常要求 D/A 转换器
的误差小于 U LSB /2 。
3 .转换时间
转换时间是指 D/A 转换器在输入数字信号开始转换,到输出的模拟电压达到稳定值所需的时间。转换时
间越小,工作速度就越高。
9.3 A /D 转换器
9. 3.1 A /D 转换的一般步骤
一、采样一保持
采样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程,就是把随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、
在幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串脉冲。
采样定理:为了能不失真地恢复原模拟信号,采样频率应不小于输人模拟信号频谱中最高频率的两倍,
即 :
图9.3.1基本采样—保持电路 (a)采样—保持电路 (b)采样波形
图9.3.2采样原理图及波形图 (a)采样原理图 (b)波形图
由于 A/D 转换需要一定的时间,所以在每次采样结束后,应保持采样电压值在一段时间内不变,直到下
一次采样开始。这就要在采样后加上保持电路,实际采样一保持是做成一个电路。
二、量化与编码
图9.3.3 划分量化电平的两种方法
(a)量化误差大 (b)量化误差小
用数字量表示输入模拟电压 的大小时,首先要确定一个单位电压值,然后用 与单位电压值比较,取比
较的整数倍值表示 ,这一过程就是量化。如果这个整倍数值用二进制数表示,就称为二进制编码,它就
是 A/D 转换输出的数字信号。
9.3.2 逐次逼近型 A/D 转换器
讨论关于逐次逼近的思维方式
图9.3.4 逐次逼近型A/D转换器原理图
1 .分辨率
分辨率是指 A/D 转换器输出数字量的最低位变化一个数码时,对应输入模拟量的变化量。
2 .相对精度
相对精度是指 A/D 转换器实际输出数字量与理论输出数字量之间的最大差值。通常用最低有效位 LSB
的倍数来表示。如相对精度不大于 (1/2)LSB ,就说明实际输出数字量与理论输出数字量的最大误差不
超过 (1/2)LSB 。
3 .转换速度
转换速度是指 A/D 转换器完成一次转换所需要的时间,即从转换开始到输出端出现稳定的数字信号所需
要的时间。
本章小结:
一、 模拟量转换为数字量的过程称为模拟 — 数字转换;完成这种转换的装置称为模拟 — 数字转换器
(Analog to Digital Converter) ,简称为模/数转换器或 ADC 。
二、 常用的 A/D :逐次逼近比较型 A/D 转换器、双积分型 A/D 转换器
1 . 逐次逼近比较式 DVM 的准确度由基准电压、 D/A 转换器及比较器的准确度和稳定度所决定。转换时
间是由时钟脉冲频率和输出数码的位数决定。特点是测量速度较快,每秒可达数千次;但对混入被测电
压中的干扰抑制能力较差。
2 . 双积分式 DVM 的准确度主要取决于比较基准电压的准确度和稳定度,而与积分参数 RC 无关;双积分式
DVM 对串入的对称性交变干扰有很强的抑制能力,但转换速度慢。
三、 数字量转换为模拟量的过程称为数字 — 模拟转换;把完成这种转换的装置称为数字 — 模拟转换器
(Digital to Analog Converter) ,简称为数/模转换器或 DAC 。DAC 的精度主要与变换器中所用元件精
度及稳定性、电路中的噪声及漏电等因素有关。
四、 常用的数 / 模转换有:权电阻 D / A 转换器、 R-2R 梯形网络的 D/A 转换器、倒置 R-2R 梯形转换器等。