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时间:2019-11-13
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1、第7章数模与模数转换器数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电流),使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。实现数模转换的电路称数模转换器Digital-AnalogConverter,简称D/A转换器或DAC。模数转换即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。实现模数转换的电路称模数转换器Analog-DigitalConverter,简称A/D转换器或ADC。一、数模和模数转换的概念和作用模拟量数字量模拟量数字量传感器被控对象自然界物理量为何要进行数模和模数转换?数字信号物
2、理量模拟信号压力传感器温度传感器流量传感器四路模拟开关数字控制计算机DAC模拟控制器模拟控制器液位传感器DACDAC…………模拟控制器模拟控制器生产控制对象DACADC二、数模和模数转换器应用举例7.1D/A转换器主要要求:了解数模转换的基本原理。了解常用D/A转换器的类型和主要参数。了解权电阻网络D/A转换器,T形电阻网络D/A转换器的电路与工作原理。7.1.1D/A转换器的原理输出模拟电压uO=D△=(Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020)△可见,uO∝D,uO的大小反
3、映了数字量D的大小。DACD0D1Dn-2Dn-1…uOn位二进制数输入模拟电压输出LSB—LeastSignificantBit输入数字量D=(Dn-1Dn-2D1D0)2=Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020△是DAC能输出的最小电压值,称为DAC的量化单位,它等于D最低位(LSB)为1、其余各位均为0时的模拟输出电压(用ULSB表示)。2.数模转换器的构成图7-2n位D/A转换器方框图7.1.2D/A转换器主要的几种电路实现形式1.二进制权电阻网络D/A转换器图
4、7-34位二进制D/A转换器方框电路图优缺点:1.优点:简单2.缺点:电阻值相差大,难于保证精度,且大电阻不宜于集成在IC内部2.T形电阻网络D/A转换器T形电阻网络D/A转换器电路输出:其中:为任意值时D点的电压值:取:T形电阻网络D/A转换器特点3.R-2R倒T形电阻网络D/A转换器图7-6R-2R倒T形电阻网络D/A转换器电路组成图由倒T型电阻网络、模拟开关和一个电流电压转换电路(简称I/U转换电路)组成。模拟开关Si打向“1”侧时,相应2R支路接虚地;打向“0”侧时,相应2R支路接地。3.R
5、-2R倒T形电阻网络D/A转换器图7-6R-2R倒T形电阻网络D/A转换器电路组成图从A、B、C节点向右看去,各节点对地的等效电阻均为2R。电路特点:解码网络仅有R和2R两种规格的电阻,这对于集成工艺是相当有利的;这种倒T形电阻网络各支路的电流是直接加到运算放大器的输入端,它们之间不存在传输上的时间差,故该电路具有较高的工作速度。因此,这种形式的D/A目前被广泛的采用。7.1.3D/A转换器的技术指标1.分辨率DAC的最小输出电压变化量,也即DAC的最小输出电压值表示满度输出电压值,FSR即Full
6、ScaleRange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。UFSR=uO
7、D=111=(2n–1)ULSBn位均为1例如,一个10位的DAC,分辨率为0.000978。DAC的位数越多,分辨率值就越小,能分辨的最小输出电压值也越小。2.转换精度与误差指DAC实际输出模拟电压与理想输出模拟电压间的最大误差。(1)造成转换误差的主要原因:运算放大器的零点漂移--漂移误差模拟开关的导通内阻和导通电压电阻网络中的电阻值偏差等--非线性误差参考电压VREF的波动--比例系数
8、误差3.建立时间当DAC输入的数字量发生变化时,输出的模拟量需要延迟一段时间后才能达到对应的稳态值,如图示。①建立时间tSet:输入由全0变为全1,输出电压与稳态值相差(±LSB/2)所需的时间。一般DAC的tset<0.1s。这个参数的值越小越好,4.温度灵敏度5.电源灵敏度6.输出电平7.转换输出信号的极性及形式D/A转换器的输出信号有电流输出和电压输出两种形式。对电流输出的D/A转换器,经常需要外接运放将电流转换为电压的形式输出。7.2A/D转换器7.2.1A/D转换器的工作原理采样:把时间
9、连续变化的信号变换为时间离散的信号。保持:保持采样信号,使有充分时间转换为数字信号。量化:把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的整数倍表示。编码:把量化的结果用二进制代码表示。(1)采样保持电路(a)A/D的采样保持电路原理图(b)波形图图7-11A/D的采样保持电路原理图及信号波形图(2)量化编码电路量化方式和量化误差只舍不入法四舍五入法最大量化误差==(1/8)V最大量化误差=/2=(1/15)V1=1/8V4=4/8V0(6/8)V(7/8)V000
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