第十一章数模模数转换

第十一章数模模数转换第1页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.1概述计算机模拟信号模拟信号A/DD/AA/D：AnalogtoDigitalD/A：DigitaltoAnalog第2页，共41页，2023年，2月20日，星期四分类第3页，共41页，2023年，2月20日，星期四一、电路结构和工作原理11.2.1权电阻网络D/A转换器权电阻是指电阻值的大小，有关数字量的权重密切相关第4页，共41页，2023年，2月20日，星期四第5页，共41页，2023年，2月20日，星期四优缺点：1.优点：简单2.缺点：电阻值相差大，难于保证精度，且大电阻不宜于集成在IC内部第6页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.2.2倒T形电阻网络DAC希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流第7页，共41页，2023年，2月20日，星期四RRRR第8页，共41页，2023年，2月20日，星期四第9页，共41页，2023年，2月20日，星期四第10页，共41页，2023年，2月20日，星期四第11页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.2.3权电流网络型D/A转换器

+-voR-VREFI/16I/8I/4I/2S0S1S2S3iID0D1D2D3vo

IR24(8D3+4D2+2D1+D0

)=每个支路电流的大小，与有关数字量的权重密切相关。第12页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.2.6具有双极性输出的DAC补码输入对应的十进制要求的输出D2D1D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4V一、原理例：输入为3位二进制补码。最高位为符号位，正数为0，负数为1当输入数字量有±极性时，希望输出的模拟电压也对应为±。第13页，共41页，2023年，2月20日，星期四原码输入对应的输出偏移后的输出D2D1D0111+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D2D1D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4VD/A*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第14页，共41页，2023年，2月20日，星期四二、电路实现*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第15页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.2.7DAC的转换精度与速度一、转换精度1.分辨率（理论精度）用输入数字量的二进制数码位数给出n位DAC,应能输出0～2n-1个不同的等级电压，区分出输入的00···0到11···1，2n个不同状态用输入数字量的有效位数来表示分辨率用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之比例如，对一个十位D/A转换器来说＝210－1110231＝0.001第16页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.2.7DAC的转换精度与速度用最低有效位的倍数来表示有时也用绝对误差与输出电压满刻度的百分数来表示一、转换精度2.转换误差（实际精度）表示实际的DAC转换特性和理想转换特性之间的最大偏差造成转换误差的原因主要有：参考电压VREF的波动；运算放大器的零点漂移；模拟开关的导通内阻和导通电压；电阻网络中的电阻值偏差；…...第17页，共41页，2023年，2月20日，星期四误差分析第18页，共41页，2023年，2月20日，星期四第19页，共41页，2023年，2月20日，星期四第20页，共41页，2023年，2月20日，星期四第21页，共41页，2023年，2月20日，星期四二、D/A转换器的转换速度为了便于定量地描述D/A转换器的转换度，定义了建立时间tSet

建立时间tSet

通常以大信号工作情况下(输入由全0变为全1或者由全1变为全0)输出电压到达某一规定值所需要的时间定为建立时间tSet

。建立时间最短的可达0.1s。这个参数的值越小越好。11.2.7DAC的转换精度与速度第22页，共41页，2023年，2月20日，星期四9.2.5集成

DAC0808及其应用DAC0808的电路结构框图第23页，共41页，2023年，2月20日，星期四因为输入的模拟量在时间上是连续的，11.3.1A/D转换的基本原理在A/D转换中，而输出的数字信号是离散量，所以进行转换时只能在一系列选定的瞬间(亦即瞬间坐标轴上的一些规定点)对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换为输出的数字量。A/D转换过程应包括：取样、保持、量化、编码这四个步骤。11.3A/D转换器第24页，共41页，2023年，2月20日，星期四0tVI1.取样定理0tVI为了保证能从取样信号将原来的被取样信号恢复，必须满足fS>2fimaxfS：采样频率。

fimax

：VI

的最高频分量的频率。第25页，共41页，2023年，2月20日，星期四2.量化和编码数字信号不仅在时间上是离散的，而且，数值大小的变化也是不连续的。这就是说，任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。因此，在进行A/D转换时也必须把采样电压化为这个最小单位的整数倍。这个转化过程就叫做“量化”，所取的最少数量单位叫做量化单位，用表示。显然，数字信号最低有效位的1代表的数量大小就等于。把量化的结果用代码(二进制或二－十进制)表示出来，称为“编码”。第26页，共41页，2023年，2月20日，星期四第27页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.3.2抽样保持电路当VL为高电平时，MOS管T导通，VI经电阻R1和管T向电容CH充电。当VL为低电平时，MOS管T截止，忽略各种漏电流，电容CH上的电压得以保持。第28页，共41页，2023年，2月20日，星期四第29页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.3.3并联比较型A/D转换器量化第30页，共41页，2023年，2月20日，星期四输入→量化→编码111110101100011010001000第31页，共41页，2023年，2月20日，星期四2、特点*快，CLK触发信号到达到输出稳定建立只需几十纳秒*精度，受参考电压、分压网络等因素影响*有存储器，不需要取样-保持电路*电路规模，n位需要2n-1比较器，触发器第32页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.3.4反馈比较型A/D转换器计数型基本原理：取一个“D”加到DAC上，得到模拟输出电压，将该值与输入电压比较，如两者不等，则调整D的大小，到相等为止，则D为所求值！简单！慢第33页，共41页，2023年，2月20日，星期四2、逐次渐近型！电路不太复杂！较快第34页，共41页，2023年，2月20日，星期四100003位：5个CLKN位:(n+2)个CLK第35页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.3.5双积分型A/D转换器双积分型（V-T变换型）先将V转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间内用固定频率脉冲计数第36页，共41页，2023年，2月20日，星期四第37页，共41页，2023年，2月20日，星期四第38页，共41页，2023年，2月20日，星期四电路实现第39页，共41页，2023年，2月20日，星期四11.3.6V-F变换型A/D转换器第40页，共41