《电工电子技术 教学课件 ppt 作者 刘述民 第13章 数模与模数转换电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术 教学课件 ppt 作者 刘述民 第13章 数模与模数转换电路（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数模与模数转换电路,第13章,13.1 概述 13.2 D/A转换器（DAC） 13.3 A/D转换器（ADC）,从模拟信号到数字信号的转换称为模数转换，或称为A/D转换，从数字信号到模拟信号的转换称为D/A转换。,目前常见的D/A转换器:权电阻网络D/A转换器、倒梯形电阻网络D/A转换器等。 A/D转换器的类型也有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类。 在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信号先被转换成某种中间变量（如时间、频率等），然后再将中间变量转换为最后的数字量。,13.1 概述,D/A转换器是将输入的二进
2、制数字信号转换成模拟信号，以电压或电流的形式输出。因此，D/A转换器可以看作是一个译码器。一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟电压U和输入数字量D之间成正比关系，即U = KD，式中K为常数。,图13-1 DAC方框图,13.2.1 D/A转换器的基本工作原理,13.2 D/A转换器（DAC）,13.2.2 D/A转换器的主要电路形式,图13-2 权电阻网络DAC电路原理图,n位权电阻网络DAC电路,1权电阻网络D/A转换器,如图13-3所示为4位T型电阻网络DAC电路的原理图，它克服了权电阻网络DAC电路的缺点，无论DAC有多少位，电阻网络中只有R和2R两种电阻，但电阻的个数却比相同位数的
3、权电阻网络DAC增加了一倍。,图13-3 T型电阻网络DAC电路原理图,n位T型电阻网络DAC电路,2T型电阻网络DAC电路,3倒T型电阻网络DAC电路,图13-6 倒T型电阻网络DAC电路原理图,n位T型电阻网络DAC电路,13.2.3 集成DAC的主要技术指标,1满量程输出电压,3转换速度: 当DAC输入的数字量发生变化后，输出的模拟量 并不能立即达到所对应的数值，它需要一段时间，我们将这段 时间称为建立时间。,2转换精度:,（1）分辨率,（2）转换误差,一般有两种表示方式：绝对误差和相对误差。所谓绝对误差，就是实际值与理论值之间的最大差值， 通常用最小输出值LSB的倍数来表示。相对误差是
4、指绝对误差与DAC满量程输出值FSR的比值，以FSR的百分比来表示。,13.2.4 集成DAC芯片的选用 DAC芯片的选择原则 :, DAC的转换精度。这是DAC最重要的技术指标， 应该从DAC的位数（理论精度）和转换误差两个方面综合考虑。 DAC的转换速度。按照建立时间的大小，DAC可以分成若干类。建立时间大于300s的属于低速型，目前已较少见；建立时间为10300s的属于中速型；建立时间在0.0110s的为高速型；建立时间小于0.01s的为超高速型。, 输入数字量的特征。输入数字量的特征是指数字量的编码方式（自然二进制码、补码、偏移二进制码、BCD码等）、数字量的输入方式（串行输入或并行输
5、入）以及逻辑电平的类型（TTL电平、CMOS电平或ECL电平）等。 输出模拟量的特征。输出模拟量的特征是指DAC是电压输出还是电流输出，以及输出模拟量的范围。 工作环境要求。这里主要是指DAC的工作电压、参考电源、工作温度、功耗、封装以及可靠性等性能要与应用系统相适应。,13.3.1 模数转换的一般过程,1采样与保持 采样就是按照一定的时间间隔周期性地读取模拟信号的值， 从而将时间和取值都连续的模拟信号在时间上离散化。,图13-11 采样过程,保持，就是在连续两次采样之间，将上一次采样结束时所得到 的样值通过保持电路保持一段时间，以便将其数字化（量化和编码）。,13.3 A/D转换器（ADC）
6、,根据采样定理，为了保证能够从uS（t）不失真地恢复出uA（t）， 采样频率fs至少等于模拟信号uA（t）中最高有效频率fmax的两倍，即：,图13-12 采样/保持电路,采样与保持过程通常是通过采样/保持电路一起实现。,为了将模拟信号转换成数字信号，还必须将采样/保持电路输出 的采样值按照某种近似方式归并到相应的离散电平上，也就是将模拟 信号在取值上离散化，我们把这个过程称为量化。将量化后的结果 （离散电平）用数字代码来表示，称为编码。,2量化和编码,量化可以按两种近似方式进行：只舍不入量化方式和有舍有入（四舍五入）量化方式。,图13-13 只舍不入量化方式 图13-14 四舍五入量化方式,
7、13.3.2 常用模数转换技术,实现A/D转换的方法按工作原理不同可以分成直接A/D转换和间接A/D转换两类。 直接A/D转换是将模拟信号直接转换成数字信号，比较典型的有并行比较型A/D转换和逐次逼近型A/D转换。 间接A/D转换是先将模拟信号转换成某一中间变量（时间或频率），然后再将中间变量转换成数字量。比较典型的有双积分型A/D转换和电压频率转换型A/D转换。,1并行比较型ADC电路,3位并行ADC模拟电压和输出编码转换关系表,编码电路输出的逻辑表达式,图13-15 并行比较型ADC电路,2逐次逼近型ADC电路,图13-16 逐次逼近型ADC电路,3双积分型ADC电路,图13-17 双积分
8、型ADC电路,图13-18 双积分型ADC电路各点的波形,计数器的数值D就是A/D转换输出的数字量,13.3.3 集成ADC的主要技术指标,1输入电压范围 输入电压范围是指集成A/D转换器能够转换的模拟电压范围。 单极性工作的芯片的输入电压范围有+5V、+10V或5V、10V等， 双极性工作的有以0V为中心的2.5V、5V、10V等，其值取决 于基准电压的值。,2转换精度,（1）分辨率 分辨率又称为分解度，它指的是A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力，通常用输出数字量的位数n来表示。,（2）转换误差 转换误差是指ADC实际输出的数字量与理论上应该输出的数字量之间的差值，通常以最大值的形式给出，
9、表示为最低有效位的位数。,3转换速度,ADC的转换速度用完成一次转换所用的时间来表示。它是指从接收到转换控制信号起，到输出端得到稳定有效的数字信号为止所经历的时间。转换时间越短，说明ADC的转换速度越快。,（1）输入模拟信号的特征，包括输入模拟信号的范围、输入方式（单端输入或差分输入）和模拟信号的最高有效频率等。 （2）输入模拟通道是单通道还是多通道。 （3）转换精度和转换速度，这是集成ADC最重要的两个性能指标。 （4）输出数字量的特征，包括数字量的编码方式（自然二进制码、补码、偏移二进制码、BCD码等）、数字量的输出方式（串行输出或并行输出，三态输出、缓冲输出或锁存输出）以及逻辑电平的类型（TTL电平、CMOS电平或ECL电平等）。 （5）工作环境要求，这里主要是指ADC的工作电压、参考电压、工作温度、功耗、封装以及可靠性等性能要与应用系统相适应。,13.3.4 集成ADC芯片的选用,
