第8章 模–数和数–模转换器_周开利.ppt

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1、第8章模/数和数/模转换器2013-12-23本章简要及内容本章介绍了模-数和数-模转换器的分类以及工作原理，讨论了模-数和数-模转换器的主要性能指标，介绍了A/D转换器和D/A转换器的应用，及常用的集成A/D和D/A转换器的性能参数、典型电路应用。问题引入D/A转换器0832A/D转换器TC14433如何工作？如何使用？传感器放大器A/D转换微型计算机控制对象D/A转换电加热炉热电偶执行机构在模拟信号和数字信号之间进行的相互转换称之为模数转换和数模转换。8.1A/D与D/A转换器的概念与分类温度控制系统框图8.1A/D与D/A转换

2、器的概念与分类★数模转换器：将模拟信号转换成数字信号的电路。简称简称D/A转换器（DigitaltoAnalog）。★模数转换器：将数字信号转换为模拟信号的电路。实现这种转换功能的电路称为模数转换器（ADC）。典型的数字通信系统框图典型的数字控制系统框图8.1A/D与D/A转换器的概念与分类直接型★按分辨率可分为4位、6位、8位、10位、14位、16位等；按照转换速度可分为超高速(转换时间≤330ns)、次超高速(330ns~3.3μs)、高速(转换时间3.3~333μs)和低速(转换时间＞330μs)等。根据输出方式不同，可分为并

3、行输出和串行输出两种类型。★主要参数：精度、速度。★分类：D/A转换器权电阻网络倒T型电阻网络权电流型权电容型开关树型A/D转换器直接型间接型并联比较型反馈比较型V-T变换型V-F变换型8.2D/A转换器8.2.1D/A转换器原理D/A转换器的输出量是与输入量成正比的模拟信号，因此输出的电压或电流要乘上一个比例系数即输出模拟量(电压或电流)和输入数字量之间的转换呈线性关系。n位二进制的数字信号可以表示为按权展成十进制为8.2D/A转换器3位D/A转换器原理图8.2D/A转换器n位D/A转换器转换过程框图8.2D/A转换器4位权电阻网

4、络D/A转换器电路结构权电阻网络电子模拟开关参考电压反相比例运算★流过各电阻支路的电流Ii和对应Di位的权值成正比。★Di=1时，Si打在左边，2nR与VREF接通。Di=0时，Si打在右边，Ri接地。8.2D/A转换器★输出电压的推导取RF=R/2，则输出模拟电压vO与输入数字量成正比。8.2D/A转换器★如VREF=16V，若D3D2D1D0=0101，则vo=-5V；若D3D2D1D0=1011，则vo=-11V；若D3D2D1D0=1111，则vo=-15V。★推广n位权电阻网络D/A转换器的输出电压为（范围）★权电阻网络D

5、/A优点：电阻的阻值相差很大，输入的数字信号位数越大差别就越大。很难集成和保证每个电阻的精度。8.2D/A转换器电路设计简单、所用的电阻个数也少；★权电阻网络D/A缺点：★权电阻网络的D/A转换器的改进：★原理：当输入的数字信号位数较多时，采用分组衰减的权电阻网络。把n位电阻网络分成若干组，组内各位仍采用符合二进制权系数关系的权电阻，组间加衰减电阻进行分流。8.2D/A转换器分组衰减权电阻网络D/A转换器电路结构8.2.3倒T型电阻网络D/A转换器4位倒T形电阻网络DAC原理电路倒T形电阻网络8.2D/A转换器★网络中只有两种电阻R

6、和2R，阻值变化范围小，容易保证精度和适用集成电路制作。I∑I8.2D/A转换器8.2D/A转换器I∑I各支路电流的大小为：…I∑I8.2D/A转换器取RF=R，则注意：倒T形电阻网络DAC是目前广泛使用的DAC中速度较快的一种，常用的CMOS开关倒T形电阻网络D/A转换器的集成电路有DAC0832(8位)、AD7520（10位）、DAC1210（12位）和AK7546（16位高精度）等。8.2.4权电流型D/A转换器8.2D/A转换器4位权电流型D/A转换器电路结构倒T型电阻网络D/A转换器受开关电阻的影响会产生转换误差，故将各支

7、路电流用恒流源代替。8.2D/A转换器I∑注意：该电路转换精度较高，但电路结构较复杂。8.2.5D/A转换器的主要技术指标1.转换精度8.2D/A转换器分辨率和转换误差通常用来描述D/A转换器的转换精度。1）分辨率分辨率表示D/A转换器对输入微小量变化的感应程度，是理论上可以达到的精度。其定义是指输入数字量最低有效位为1时，对应输出可分辨的电压变化量ΔV与最大输出电压Vm之比，即：其中n是输入数字量的位数，因此输入数字量位数越多，分辨率也越高。8.2D/A转换器2）转换误差实际的D/A转换特性与理论转换特性之间的最大偏差。分为：非线

8、性误差、比例系数误差和。实际中，D/A转换器的元器件总是存在一定的误差，如电阻阻值精度、运算放大器的零飘、基准电压不够稳定等等。这些因素都会产生转换误差，影响转换精度。★非线性误差：由电子开关导通的电压降和电阻网络电阻值偏差产生的，是