数模与模数转换

1、关于数模和模数转换第一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 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。 第二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月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-Digital Converter)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(Digita

2、l-Analog Converter)第三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月用途Sensor放大器A/DMicrocomputer控制对象D/A温度时间要求:！精度！速度电加热炉热电偶第四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 D/A转换器的任务是接收到一个数字量(D)后，输出一个相应的电压(A)。11.2 D/A转换器将数字信号转换为模拟信号的电路。D00111111 D/A转换器A(电压or电流) ？第五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月电阻网络求和放大器参考电压一、权电阻网络D/A转换器电子开关虚短:V-V+=0电子开关由输入数字信号D控制；D=d3d2d1d0， ；

3、当di=1时Si接到VREF；当di=0时Si接到地。第六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月一、权电阻网络D/A转换器虚短:V-V+=0第七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 n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。第八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月二、倒T形电阻网络D/A转换器第九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 由于V-V+=0,所以无论开关S合到哪一边，都相当于接到了“地” ，流过各支路的电流始终不变。第十张，P

4、PT共五十五页，创作于2022年6月 n 位输入的倒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。第十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月CB7520电路原理图习题3、4、5第十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月三、权电流型D/A转换器恒流源第十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 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

5、射结的面积第十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月DAC0808电路结构框图第十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月已知VREF=10V?第十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月当输入数字量有极性时，希望输出的模拟电压也对应为。例：输入为三位二进制补码。最高位为符号位：正数为0，负数为1补码输入对应的十进制要求的输出D2 D1 D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4V四、具有双极性输出的D/A转换器第十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月原码输入对应的输出偏移后的输出D2 D

6、1 D0111+7V+3V110+6V+2V101+5V+1V100+4V0V011+3V-1V010+2V-2V001+1V-3V0000V-4V补码输入对应的十进制要求的输出D2 D1 D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4V*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移,使输入为100时，输出为01双极性输出单极性输出如何将单极性的D/A转换器改造成双极性D/A转换器？第十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月接偏置电流符号位求反*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移,使输入为100时，输出为0电路

7、实现：第十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移,使输入为100时，输出为0电路实现：偏移-4V,使输入D=100时,v0=0V选择合适的VB和RB可实现双极性输出习题6、7第二十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月五、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。例如：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表示。 分辨率也可以用D/A转换器能够分辨出来的最小输出电压表示（1LSB）。第

8、二十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月（2）转换误差： D/A转换器实际上能达到的转换精度（误差）。 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（ m LSB ）表示。第二十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月（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100 ns 几十s之间。2. D/A转换器的转换速度（2）转换速率SR：习题13、11第二十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月11.3 AD转换器A/D转换器 UI输入模拟电压D7D0输出数字量0 V 5 V00000

9、00011111111第二十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月一、A/D转换的基本原理 A/D转换的三个过程：采样量化编码 第二十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月采样 采样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程。 把模拟信号 vI 转换成时间上断续、幅度等于采样时模拟信号值的离散信号 vS 。采样定理：fs2fi(max)输入模拟信号中的最高频率采样频率由采样-保持电路完成第二十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月量化 将采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。 量化后的数值用一个二进制代码表示出来，这

10、一过程称为编码。 将采样输出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(1LSB），用 表示。编码 量化编码过程第二十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月取量化间隔: =0.5V双极性信号量化编码过程第二十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月量化误差： 当采样电压不能被整除时，将引入量化误差0V第二十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月第三十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月二、直接A/D转换器 并联比较型0viVREF/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d2d1d0000。第三十一

11、张，PPT共五十五页，创作于2022年6月时，7个比较器中只有C1输出为1，CP到来后，只有触发器FF1置1，其余触发器仍为0。经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0=001。第三十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月时，比较器中C1、C2输出为1，CP到来后，触发器FF1、FF2置1，其余触发器仍为0。经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0=011。第三十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月第三十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月*快: CP触发信号到达到输出稳定建立只需几十ns*精度: 受参考电压、分压网络等因素影响*电路规模: n位需要2n-1比较器

12、，触发器。并联比较型特点第三十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月逐次比较型AD转换器 其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：砝码重第一次第二次第三次第四次加4克加2克加1克8 克砝码总重 待测重量Wx ，故保留砝码总重仍 待测重量Wx ，故撤除砝码总重 待测重量Wx ，故保留暂时结果8 克12 克12 克13 克 结 论反馈比较型 第三十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月！电路不太复杂！较快反馈比较型 第三十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月1 0 0 0 0逐次比较

13、型A/D转换器电路原理图0 0 000 0 01 1第三十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月1 0 0 0 03位：5个CPN位: ( n+2)个CP逐次比较型A/D转换器电路原理图0 0 000 0 01 110 1 0 0 00 0110第三十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月三、间接A/D转换器双积分型A/D转换器又称为电压时间变换型（VT变换型）第四十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月双积分型A/D转换器0，t =T1时第四十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月双积分型A/D转换器第四十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 先将Vi转换成与之

14、成正比的时间信号，然后在这个时间内用固定频率脉冲计数.双积分型A/D转换器原理:（VT变换型） A/D转换器第四十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月控制电路的实现第四十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月V-F 变换型fout=k1vI ; 计数器在TG时间里对fout计数，则 D= TG fout = TGk1vID适合远距离传输第四十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月不同的A/D转换器的比较第四十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月四、A/D转换器的主要参数 A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。分辨率也可以用1

15、LSB的电压表示，是 A/D转换器能够分辨出来的最小输出电压。例如：输入模拟电压的变化范围为05V，输出10位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2104.88mV。(1)分辨率：1.A/D转换器的转换精度（2）转换误差 通常以输出误差最大值的形式给出，表示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别。第四十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月2. A/D转换器的转换速度 A/D转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到模拟输入信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。 A/D转换速度取决于电路结构类型:并联比较型：1uS逐次逼近型：几100uS双积分

16、型：几十mS/次第四十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月AD7767是高速、低功耗、单电源供电、高精度的24位AD转换器，它采用逐次逼近结构。芯片内部还集成了跟踪保持电路，此器件广泛的应用于多通道系统中。其特点如下：(1) 功耗为15mw，109.5dB动态范围，转换速率128kbs。(2) 高精度：24位內无误编码(No Missing Codes；NMC)。(3) 温度漂移性低，零误差漂移为15nV/度(摄氏) 。(5) 工作温度范围：-40至105。(6) 片内自带低通FIR滤波器: 带通纹波：0.005dB，带阻衰减：100dB*A/D转换器芯片介绍第四十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月AD7767的主要引脚及功能：VREF：基准输入端,电压值范围是2.4V5VMCLK：主时钟输入。AD7767的采样频率 等于主时钟频率。 DVDD：数字电源输入端。 CS ：片选端。在它的下降沿，转换结果 放到数据总线上。SDI：串行数据输入端。用于多片D7767 级联的输入。SDO：24位串行数据输出端，高位先出。DRDY：数据准备输出端。它的下降沿表示有新的转换数据已经存在输出寄存器中SCLK：串行时钟输入。V in+ ：模拟差分输入的正端。V in- ：模拟差分输入的负端。 ：多片同步及掉电输入端。第五十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月