数字电子技术(江晓安)-第8章.ppt

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1、第八章数/模与模/数转换8.1DAC8.2ADC图8-1A/D、D/A转换器在数字系统中的应用8.1DAC8.1.1DAC的基本概念1.转换特性DAC电路输入的是n位二进制数字信息B(Bn-1,Bn-2,…,B1、B0)，其最低位(LSB)的B0和最高位(MSB)的Bn-1的权分别为20和2n-1，故B按权展开式为DAC电路输出的是与输入数字量成正比例的电压uO或电流iO，即式中K为转换比例常数。图8-2所示为DAC框图。当n=3时，DAC转换电路的输出与输入转换特性如图8-3所示，输出为阶梯

2、波。图8-2DAC框图图8–3转换特性2.分辨率分辨率即说明n越大，DAC的分辨能力越高(分辨率越小)。例如,当n=10时，DAC分辨率=;当n=11时，DAC分辨率。3.精度(1)非线性误差：它是由电子开关导通的电压降和电阻网络电阻值偏差产生的，常用满刻度的百分数表示。(2)比例系数误差：它是参考电压UR偏离引起的误差，也用满刻度的百分数表示。(3)漂移误差：它是由集成运放漂移产生的误差。增益的改变也会引起增益误差。(4)转换时间：也称输出建立时间。它是从输入数字信号时开始，到输出电压或电流

3、达到稳态值时所需要的时间。8.1.2DAC的电路形式及工作原理1.权电阻图8–4权电阻DAC电路当输入二进制数码中某一位Bi=1时，开关Si接至基准电压UR，这时在相应的电阻Ri支路上产生电流当Bi=0时，开关Si接地，电流ii=0,因此电流表达式应为根据叠加原理，总的输出电流为通过集成运算放大器，输出电压为将代入则得例如，UR=8V,输入八位二进制数码为11001011，则输出电压为2.倒T型网络DAC图8–5R-2R倒T型网络DAC电路运算放大器的输出电压为若Rf=R,并将I=UR/R代入上式，则

4、有图8–6权电流DAC原理图当图8-6中的Bi=1时，开关接运算放大器的反相输入端，相应权电流流入求和电路；当Bi=0时，开关接地。故扩大至n位，则8.1.3集成DAC图8-7AD7520引脚图图8-7为AD7520的引脚图。D0~D9为10个数码控制位，控制着内部CMOS的电流开关。IO1和IO2为电流输出端。Rf端为反馈电阻Rf的一个引出端，另一个引出端和IO1端连接在一起。UREF端为基准电压输入端。+UDD端接电源的正端。GND端为接地端。8.2ADC8.2.1ADC的组成1

5、.ADC的两个组成部分及其作用图8-8ADC的组成部分(1)采样保持电路。采样开关S的控制信号CPs的频率fs必须满足公式fs≥2fimax(fimax为输入电压频谱中的最高频率)，即其周期Ts很小，而且采样时间τ比Ts更要小许多倍，这样就能将采样保持后的不失真地恢复成输入电压uI(t)。该公式称为采样定理。图8–9采样保持前后的波形举例图8–10采样保持电路原理图(2)量化编码电路。采样保持电路的输出信号虽已成为阶梯状，但其阶梯幅值仍是连续可变的，有无限多个数值，无法与n位有限的2n个数字量输出X

6、相对应。因此，必须将采样后的值只限于在某些规定个数的离散的电平上，凡介于两个离散电平之间的采样值，就要用某种方式整理归并到这两个离散电平之一上。这种将幅值取整归并的方式及过程称为“量化”。将量化后的有限个整量值用n位一组的某种数字代码(如二进制码、BCD码或Gray码等)对应描述以形成数字量，这种用数字代码表示量化幅值的过程称作“编码”。2.量化方式和量化误差(1)只舍不入法。当输入uI在某两个相邻的量化值之间，即(k为整数)(2)四舍五入法。当uI的尾数不足时，用舍尾取整法得其量化值；当uI的尾数

7、等于或大于时，则入整。例如，已知s=1V,则uI=2.1V时，uI=2V;uI=2.7V时。图8–11两种量化方法的比较8.2.2ADC电路1.双积分ADC双积分ADC又称双斜率ADC，是间接法的一种，它先将模拟电压uI转换成与之大小对应的时间T，再在时间间隔T内用计数器对固定频率计数，计数器所计的数字量就正比于输入模拟电压。图8–12双积分A/D电路原理图图8–13双积分ADC工作波形(1)采样阶段：在启动脉冲作用下，将全部触发器置0。由于Qn=0，使开关S与输入信号uI连接,A/D转换开始。uI

8、加至积分器的输入端后，积分器对uI进行积分，输出为式中，τ=RC，为积分时间常数。由于uA＜0，过零比较器输出UC=1，G门打开，n位二进制计数器从0开始计数，一直到时，触发器F0~Fn-1又全部回到0，而触发器Fn由0翻至1，Qn=1，开关S转接至基准电源-UR，采样阶段结束。此时(2)比较阶段：开关S转接至基准电源-UR后，积分器对-UR进行积分，积分器输出当uA≥0时，过零比较器输出UC=0，G门被封锁，计数器停止计数。假设此时计数器已记录了N个脉