第七章DA转换器和AD转换器.ppt

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1、第七章D/A转换器和A/D转换器第一节D/A和A/D转换的基本原理第二节D/A转换器第三节A/D转换器小结一、模拟量、数字量以及二者的相互转换第一节D/A和A/D转换的基本原理连续变化的物理量称为模拟量，模拟量是可以连续取值的。有规律但不连续的变化量称为数字量，也叫离散量。数字量是不能连续取值的。连续变化的模拟量电压、电流或频率等电量被控对象传感器A/D转换数字信号处理后的数字信息数字系统电的模拟量D/A转换执行机构数字控制系统框图二、D/A转换的基本原理第一节D/A和A/D转换的基本原理要将模拟量A转换为数字量D

2、，需要一个模拟参考量R，使得A=DR若max{A}=R则0≤D≤1即数字量D是一个不大于1的n进制数。自然，这里的D是二进制数：D=a12－1+a22－2+…+an2－n,ai∈(0,1)实际中通常用一个参考电压UREF作模拟参考量。第一节D/A和A/D转换的基本原理注意，A虽是模拟量，但并不能取任意值，而只能根据输入量D得到某些特定值。ADOLSBD/A转换特性三、D/A转换器的主要技术参数分辨力：A/D转换器分辨最小模拟量的能力。分辨率：通常指A/D转换器的二进制位数。满量程：D/A转换器可输出模拟量的最大值。

3、非线性误差：在满量程范围内偏离理想转换特性的最大值称为非线性误差。第一节D/A和A/D转换的基本原理也就是最低有效位LSB所对应的模拟量，记作RLSB。显然位数越多，D/A转换器所能输出的最小模拟量值也越小，因而分辨力与分辨率是统一的。有时对二者不加区分。转换精度：通常以满量程相对误差来说明D/A转换器的转换精度。建立时间：从输入数字信号稳定到输出模拟信号稳定所需要的时间。(Δu)max为最大绝对误差。温度系数：在规定范围内，温度变化1℃时，增益、线性度、零点及偏移等参数的变化量分别称为增益温度系数、线性度温度系数

4、、零点温度系数、偏移温度系数。建立时间决定了D/A转换器输出信号所能达到的最小重复周期。三、D/A转换器的主要技术参数第一节D/A和A/D转换的基本原理四、A/D转换的基本原理A/D转换的过程，是一个将模拟信号变换为数字信号的编码过程。若模拟参考量为R，则输出数字量D和输入模拟量A之间的关系为D≈A/R第一节D/A和A/D转换的基本原理DA/D转换器AR（UREF）A/D转换A/D转换类似用天平测量质量质量天平仪mX质量天平仪mX质量天平仪mXmmin数字D永远不能精确地表示被测物体质量mx，而只能以一个最小砝码m

5、min的精度去逼近。mmin称为量化单位。无论mmin多小，总不能是无穷小，由mmin不能是无穷小而带来的误差称为量化误差。量化误差是不能消除的。但A/D转换得出的数字量可以提供较模拟量更多的有效数字，使得数据处理的总体精度大大提高。第一节D/A和A/D转换的基本原理DAOLSB五、A/D转换器的主要技术参数分辨力：A/D转换器分辨最小模拟量的能力。分辨率：A/D转换器的二进制位数。量化误差：量化误差通常是指1个LSB的输出变化所对应模拟量的范围。转换精度：A/D转换器的转换精度不仅仅取决于量化误差，而是由多种因素

6、决定的。A/D转换器的转换精度一般表示为γ±nLSB。转换时间：完成一次转换所用的时间。第一节D/A和A/D转换的基本原理五、A/D转换器的主要技术参数转换速率：每秒转换的次数。转换速率与转换时间不一定是倒数关系。第一节D/A和A/D转换的基本原理两次转换过程允许有部分时间的重叠，因而转速率大于转换时间的倒数，这称作管线（pipelining）工作方式。例如：一、权电阻型D/A转换器第二节D/A转换器UREFuOSn-1Sn-2SiS1S01010101010Dn-1Dn-2DiD1D0iRf第二节D/A转换器右图

7、所示的电路中，设n=4,UREF=－10V,R=100kΩ,Rf=8kΩ,输入二进制数码S3S2S1S0为1011。试问运算放大器输出电压是多少？解：权电阻型D/A转换器中的解码网络所用的阻值范围很大,特别是当分辨率较高时,电阻值的范围会大得难以实现。UREFuOSn-1Sn-2SiS1S01010101010Dn-1Dn-2DiD1D0Rf二、R-2R网络型D/A转换器第二节D/A转换器虚地2R2RR对地电阻为2R2RR对地电阻为2R2R2R2R2RRRRRfUREFuOSn-1Sn-2SiS1S01010101

8、010Dn-1Dn-2DiD1D0IREF2/IREF2/IREFi与权电阻网络相比，R-2R电阻网络中只有R、2R两种阻值，从而克服了权电阻网络阻值多、阻值差别大的缺点。第三节A/D转换器一、A/D转换器的关键部件——比较器A/D转换的过程就是用模拟量A与参考量R比较的过程，因此，电压比较器就成了A/D转换器中重要部件。比较器的输出为∞+DuXUREF01