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时间:2020-09-15
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1、第十一章--------------------------数-模和模-数转换教学内容§11.1概述§11.2D/A转换器§11.3A/D转换器教学要求1、掌握DAC和ADC的定义及应用;2、了解DAC的组成、倒T型电阻网络、集成D/A转换器、转换精度及转换速度;3、了解ADC组成、逐次逼近型A/D转换器、积分型A/D转换器、转换精度及转换速度。11.1概述模-数转换(A/D转换):将模拟信号转换为数字信号。实现A/D转换的电路称为A/D转换器,简写为ADC(Analog-DigitalConvert
2、er)数-模转换(D/A转换):将数字信号转换为模拟信号。实现D/A转换的电路称为D/A转换器,简写为DAC(Digital-AnalogConverter)例如:对于0~5V的直流电压,计算机用8位数字量来描述时:最小值(00000000)B=0对应0V,最大值(11111111)B=255对应5V,中间值(01111111)B=127对应2.5V等D/A的任务是接收到一个数字量后,给出一个相应的电压。比如收到(00111111)B,应给出幅度为1.25V的电压。11.2D/A转换器将数字信号转换为
3、模拟信号的电路。电阻网络模拟电子开关求和放大器参考电压一、权电阻网络D/A转换器集成运放通过RF接入负反馈,有虚短,V-≈V+=0取RF=R/2n位权电阻网络D/A转换器,当反馈电阻取为R/2时,输出电压的计算公式:输出电压的变化范围:优点:结构简单,所用的电阻元件数很少。缺点:各电阻的阻值相差较大,不能保证有很高的精度。二、倒T形电阻网络D/A转换器电阻网络模拟电子开关求和放大器由于V-≈V+=0,所以开关S合到哪一边,都相当于接到了“地”电位,流过每条电路的电流始终不变。可等效为:取RF=Rn位输
4、入的倒T形电阻网络D/A转换器,当反馈电阻取为R时,输出电压的计算公式:优点:(1)只有R和2R两种阻值的电阻,可达到较高的精度;(2)各支路电流恒定不变,在开关状态变化时,不需电流建立时间,所以电路转换速度高,使用广泛。CB7520电路原理图三、权电流型D/A转换器恒流源恒流源模型:只要电路工作时保证VB和VEE稳定不变,则三极管的集电极电流即可保持恒定,不受开关内阻的影响。为减少电阻阻值的种类,在实用的权电流型D/A转换器中,经常利用倒T形电阻网络的分流作用产生一组所需的恒流源。按比例加大发射结的
5、面积DAC0808电路结构框图已知VREF=10V四、具有双极性输出的D/A转换器接一偏置电流符号位求反五、D/A转换器的主要参数(1)分辨率:D/A转换器理论上可达到的精度。1.D/A转换器的转换精度分辨率也可用D/A转换器能够分辨出来的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为:分辨率可以用输入二进制数码的位数给出。(2)转换误差:D/A转换器实际上能达到的转换精度。可以用输出电压满刻度值的百分数表示,也可用最低位有效值的倍数表示。如:转换误差为0.5LSB,表示输出模拟
6、电压的绝对误差等于当输入数字量的LSB=1时,其余各位均为0时输出模拟电压的一半。转换误差可分为静态误差和动态误差。产生静态误差的原因是基准电源不稳定、运放的零点漂移、模拟开关导通时的内阻和压降及电阻网络中阻值的偏差等;动态误差则是在转换的动态过程中产生的附加误差。(1)建立时间tset:指输入数字量各位由全0变为全1或由全1变为全0时,输出电压达到某一规定值所需要的时间。通常建立时间在100ns~几十s之间。2.D/A转换器的转换速度(2)转换速率SR:指输入数字量各位由全0变为全1或由全1变为全
7、0时,输出电压的变化率。11.3A/D转换器A/DUI输入模拟电压D7~D0输出数字量0~5V00000000~11111111一、A/D转换的基本原理取样-保持取样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程,就是把随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、在幅度上等于取样时间内模拟信号大小的一串脉冲。取样定理:fs≥2fi(max)输入模拟信号的最高频率分量的频率取样频率量化-编码将取样-保持电路的输出电压,按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上,这一转化过程称为数值量化,简称量化。量化后的数值最后还须
8、通过编码过程用一个代码表示出来,这一过程称为编码。将取样电压表示为一个最小单位的整数倍,所取的最小数量单位称为量化单位,用表示。最大量化误差为△,即1/8V最大量化误差为1/2△,即1/15V取取对双极性模拟电压的量化和编码二进制补码的形式编码二、直接A/D转换器并联比较型0≤vi<VREF/15时,7个比较器输出全为0,CP到来后,7个触发器都置0。经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0=000。时,7个比较器中只有C1输出为1,CP到来后,只有
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