数字电子技术及应用6.ppt

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1、第六章模/数与数/模转换电路6.1模/数转换电路6.2模/数转换电路6.3集成ADC与DAC及其应用图6－16.1.1ADC的基本工作原理1．取样和保持取样（也称采样或抽样）是将时间上连续变化的信号转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量，其过程如图6－1－1所示。图中UI(t)为输入模拟信号，S(t)为采样脉冲，ＵO′(t)为取样后的输出信号。6.1模/数转换电路图6－1－1图6－1－2(a)取样保持电路原理图；(b)输出波形图图6－1－

2、3(a)只舍不入法；(b)有舍有入法6.1.2逐次逼近型ADC逼近型ADC的结构框图如图6－1－4所示，它包括四个部分：电压比较器、D/A转换器、逐次逼近寄存器和控制逻辑。图6－1－4例6-1-13位逐次逼近型A/D转换器如图6-1-5所示，分析其工作原理。图6-1-56.1.3双积分型ADC1．电路组成双积分型ADC的转换原理是先将模拟电压UI转换成与其大小成正比的时间间隔T，再利用基准时钟脉冲通过计数器将T变换成数字量。图6－1－6是双积分型ADC的原理框图，它由积分器、零值比较器、时钟控制门G和

3、计数器（计数定时电路）等部分构成。图6－1-61)积分器2)零值比较器图6-1-7(6－1－2)（2）比较阶段：开关转至－UR后，积分器对基准电压进行负向积分，积分器输出为(6－1－3)解得(6－1－4)由上式可见，计数器记录的脉冲数α与输入电压＋UI成正比，计数器记录α个脉冲后的状态就表示了＋UI的数字量的二进制代码，从而实现了A/D转换。分辨率=2．转换速度转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是从接到转换启动信号开始，到输出端获得稳定的数字信号所经过的时间。A/D转换器的转换速度主要取决于转换

4、电路的类型，不同类型A/D转换器的转换速度相差很大。双积分型A/D转换器的转换速度最慢，需几百毫秒左右；逐次逼近式A/D转换器的转换速度较快，转换速度在几十微秒；并联型A/D转换器的转换速度最快，仅需几十纳秒时间。3．相对精度（转换误差）在理想情况下，输入模拟信号所有转换点应当在一条直线上，但实际的特性不能做到。相对精度是指实际的转换点偏离理想特性的误差。显然，误差越小，相对精度越高。6.2数/模转换电路6.2.1DAC的基本工作原理D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，并以电压或电流的形式

5、输出，因此，D/A转换器可以看做是一个译码器。一般常用的是线性D/A转换器，其输出模拟电压U和输入数字量D之间成正比关系，即U＝kD，其中k为常数。D/A转换器的一般结构如图6－2－1所示，图中数据锁存器用来暂时存放输入的数字信号，这些数字信号控制数字位模拟开关，将参考电压按位切换到电阻译码网络中变成加权电流，然后经运放求和，输出相应的模拟电压，完成D/A转换过程。图6－2－16.2.2倒T型电阻网络DAC一个四位倒T型电阻网络DAC（按同样结构可以将它扩展到任意位）如图6－2－2所示。它由数据锁存器、数

6、字位模拟开关、R－2R倒T型电阻网络、运算放大器及基准电压源UREF组成。图6－2-2数字位模拟开关S3、S2、S1、S0分别受数据锁存器输出的数字信号D3、D2、D1、D0的控制。当某位数字信号为1时，相应的数字位模拟开关接至运算放大器的反相输入端；若为0则接至同相输入端，开关S3、S2、S1、S0在运算放大器求和点与地之间转换，因此，无论数字信号如何变化总有如下结论成立：　　（1）分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R。　　（2）不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（地），还是

7、接到同相输入端（虚地），也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。（3）由UREF向里看的等效电阻为R，数码无论是0还是1，开关Si都相当于接地。因此，由UREF流出的总电流为IREF＝UREF/R，而流入2R支路的电流是依2的倍数递减，流入运算放大器的电流为(6－2－1)　运算放大器的输出电压为若RF＝R，并将IREF=UREF/R代入上式，则有(6－2－2)从参考电压端输入的电流为(6－2－3)可见，输出模拟电压正比于数字量2i。6.2.3DAC的主要技术指标1．分辨率分辨率用输入二进制数

8、的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。　　分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压ULSB与最大输出电压UFSR的比值来表示，即(6－2－4)10位D/A转换器的分辨率为2．转换精度DAC的转换精度与转换误差有关。在实际应用中，常将转换精度分为绝对精度和相对精度。绝对精度表示D/A转换器的实际输出模拟电压值与理论值之差，一般应低于数