电子技术课件(15)

1、 15.1数模转换器（数模转换器（DAC）本章小结本章小结第十五章数模和模数转换器第十五章数模和模数转换器15.2模数转换器模数转换器（ADC） 15.1.1T 型电阻型电阻 DAC15.1数模转换器（数模转换器（DAC）1电路组成电路组成S0 S3：4个电子个电子模拟开关，分别受输入模拟开关，分别受输入的数字信号的数字信号D0 D3 控制。控制。当当 Di = 0 0 时，开关时，开关 Si 切换到接地端；当切换到接地端；当 Di = 1 1 时，开关时，开关接向基准电压接向基准电压 VREF。 2工作原理工作原理（1）特点）特点 从任一模拟开关从任一模拟开关 Si 到接地端或虚地到接地端或

2、虚地 端的等效电阻端的等效电阻为为 3R 。如图（。如图（b）所示。）所示。 从任一节点向左或向右到接地或虚地从任一节点向左或向右到接地或虚地 端的等效电端的等效电阻相等，其大小为阻相等，其大小为 2R。15.1数模转换器（数模转换器（DAC） （2）基本原理）基本原理 n 位二进制数每位二进制数每 1 位的权。一个位的权。一个 n 位二进制数可表示位二进制数可表示为，为，D = dn-1dn-2d1d0 ,其最高有效位其最高有效位 MSB 到最低位有效位到最低位有效位 LSB 的权位依次为的权位依次为 2n-1，2n-2，21，20。 每每 1 位按权的大小转换成相应的模拟量。为了将数字位按

3、权的大小转换成相应的模拟量。为了将数字量转换成模拟量，必须将二进制的每量转换成模拟量，必须将二进制的每 1 位按权的大小转换成相位按权的大小转换成相应的模拟量。应的模拟量。 将代表各位的模拟量再相加，这样就可以得到与该数将代表各位的模拟量再相加，这样就可以得到与该数字量成正比的模拟量。字量成正比的模拟量。15.1数模转换器（数模转换器（DAC） （3）计算）计算模拟开关模拟开关 Si 是接向基准电压是接向基准电压 VREF，还是接向地端，受到输，还是接向地端，受到输D3D2D1D0 入的二进制数码控制。入的二进制数码控制。 i i 的一般表达式为：的一般表达式为： )2222(321 )212

4、12121(300112233FRE40413223FREDDDDRVDDDDRVi 15.1数模转换器（数模转换器（DAC） 输出电压输出电压 vo 为为 )2222(23001122334REFfODDDDVRiRiv )DDDD(Vvnnnnn00112211REFO22222 输出模拟电压输出模拟电压 vo 与输入数字量成正比，比例系数为与输入数字量成正比，比例系数为 VREF/2n。对于对于 n 位位 T 型网络型网络 DAC，可推广为，可推广为15.1数模转换器（数模转换器（DAC） 例例 15-1有一个有一个 5 位位 T 型电阻型电阻 DAC， VREF = 10 V，Rf =

5、 3R，D4D3D2D1D0 = 1101011010，试求出输出电压，试求出输出电压 vO = ？解解由上述公式可得由上述公式可得V1258 )020816(32V10 )22222(200112233445REFO.DDDDDVvn 15.1数模转换器（数模转换器（DAC） 15.1.2倒倒 T 型电阻型电阻 DAC 1电路组成电路组成15.1数模转换器（数模转换器（DAC） 2工作原理工作原理RVI/REF 基准电压基准电压 VREF 流出的电流流出的电流 I 为为)2222(21 16/8/4/2/00112233FRE40123DDDDRVDIDIDIDIi 输出电压为输出电压为vO

6、： 输入数码为任意值时，输入数码为任意值时，i 的一般表达式为：的一般表达式为： )2222(2001122334REFfODDDDVRiv 15.1数模转换器（数模转换器（DAC） 15.2.1模数转换的基本原理模数转换的基本原理采样采样：就是对连续变化的模拟信号定时进行测量，抽取：就是对连续变化的模拟信号定时进行测量，抽取样值。通过采样，一个在时间上连续变化的模拟信号就转换样值。通过采样，一个在时间上连续变化的模拟信号就转换为随时间断续变化的脉冲信号。为随时间断续变化的脉冲信号。 1采样和保持采样和保持15.2模数转换器（模数转换器（ADC） （2）采样过程）采样过程图（图（a）为一个受控

7、的模拟）为一个受控的模拟开关，构成采样器。开关，构成采样器。vS 到来时，到来时，V 导通，导通， vO = vI 采样器在采样脉冲的控制下采样器在采样脉冲的控制下,把输入的模拟信号变换为脉冲信把输入的模拟信号变换为脉冲信号，如图（号，如图（b）所示。）所示。 15.2模数转换器（模数转换器（ADC） 15.2模数转换器（模数转换器（ADC）（3）采样）采样保持电路保持电路为了便于量化和编码，需要将每次采样取得的样值暂存，为了便于量化和编码，需要将每次采样取得的样值暂存，保持不变，直到下一个采样脉冲的到来。这就要接一个保持保持不变，直到下一个采样脉冲的到来。这就要接一个保持电路。电路。 2量化

8、和编码量化和编码15.2模数转换器（模数转换器（ADC） 量化误差量化误差：采样后得到的样值不可能刚好是某个量化基：采样后得到的样值不可能刚好是某个量化基准值，总会有一定的误差，这个误差称为量化误差。准值，总会有一定的误差，这个误差称为量化误差。量化量化：就是把采样电压转换为以某个最小单位电压：就是把采样电压转换为以某个最小单位电压 的的整数倍的过程。分成的等级称为量化级，整数倍的过程。分成的等级称为量化级， 称为量化单位。称为量化单位。编码：就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。编码：就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。15.2模数转换器（模数转换器（ADC） 15.2.2并行比较型并

9、行比较型ADC1电路组成电路组成由由电阻分压器、电压比较器电阻分压器、电压比较器及及编码电路编码电路组成。组成。电阻分压器电阻分压器：确定量化电压。：确定量化电压。编码器编码器：对比较器的输出进行编码，然后输出二进制代码：对比较器的输出进行编码，然后输出二进制代码 电压比较器电压比较器：用来确定采样电压的量化。：用来确定采样电压的量化。15.2模数转换器（模数转换器（ADC） 2工作原理工作原理15.2模数转换器（模数转换器（ADC） 提供参考电压提供参考电压由由 8 个大小相等的电阻串联构成电阻个大小相等的电阻串联构成电阻分压器，产生不同数值的参考电压，形成分压器，产生不同数值的参考电压，形

10、成 共共 7 种量化电平。种量化电平。REFREF8781VV 进行电压比较，输出数字量。进行电压比较，输出数字量。7 个量化电平分别加个量化电平分别加在在 7 个电压比较器的反相输入端，模拟输入电压个电压比较器的反相输入端，模拟输入电压 vI 加在比较加在比较器的同相输入端。当器的同相输入端。当 vI 大于或等于量化电平时，比较器输出大于或等于量化电平时，比较器输出为为 1 1，否则输出为，否则输出为 0 0，电压比较器用来完成对采样电压的量化。，电压比较器用来完成对采样电压的量化。 编码编码比较器的输出送到优先编码器进行编码，得到比较器的输出送到优先编码器进行编码，得到3 位二进制代码位二

11、进制代码 D2D1D0。15.2模数转换器（模数转换器（ADC） 15.2.3逐位比较型逐位比较型 ADC1转换原理转换原理逐位比较型逐位比较型 A/D 转换器的转换原理与天平称物的过程十转换器的转换原理与天平称物的过程十分相似。分相似。假设天平有假设天平有 10 g、5 g、2.5 g、1.25 g 和和 0.625 g 五种砝码，五种砝码，欲称一质量为欲称一质量为 15.76 g 的物体，用天平称的过程是将砝码从大的物体，用天平称的过程是将砝码从大到小依次加入并与物重逐次比较：到小依次加入并与物重逐次比较： 比较结果为物重比较结果为物重 砝码重的和，保留加入的这个砝码，砝码重的和，保留加入

12、的这个砝码，记作记作 1 1。15.2模数转换器（模数转换器（ADC） 这样，将所有的砝码比较一遍后，得到了用二进制代码表这样，将所有的砝码比较一遍后，得到了用二进制代码表示的物体质量示的物体质量 1100111001 。所称的物体的质量为（所称的物体的质量为（10+5+0.625）g = 15.625 g，与物体，与物体实际质量实际质量 15.76 g 相差相差 0.135 g。 砝码越多，用二进制表示物体质量的位数越多，误差就越砝码越多，用二进制表示物体质量的位数越多，误差就越小。小。 这种用已知砝码质量逐次与未知物体质量进行比较，使天这种用已知砝码质量逐次与未知物体质量进行比较，使天平上

13、砝码的总质量逐次逼近被称物体质量的方法，叫平上砝码的总质量逐次逼近被称物体质量的方法，叫逐位比较逐位比较法。法。 15.2模数转换器（模数转换器（ADC） 2电路框图与工作原理电路框图与工作原理15.2模数转换器（模数转换器（ADC） 15.2模数转换器（模数转换器（ADC）（1）控制电路使数码寄存器的输出为）控制电路使数码寄存器的输出为 100100，经，经 D/A 转换器转换器变为相应的电压，送入比较器变为相应的电压，送入比较器 C 与采样电压比较。若与采样电压比较。若 vI vF ，则将最高位的则将最高位的 1 1 保留，反之就清除，使最高位为保留，反之就清除，使最高位为 0 0。（3）一直比较到最低位为止。这样，数码寄存器中的数码）一直比较到最低位为止。这样，数码寄存器中的数码就是就是 A/D 转换后的数码。转换后的数码。（2）接着控制器将次高位置）接着控