北航本科数电教学课件（胡晓光版）（本科教学用）第7章 数模与模数转换器.ppt

* 7—2 DA转换器 7—4 多路模拟开关 7—3 AD转换器 7—5 数据采集系统简介 7—1 导论 第7章 A/D与D/A转换器 自然界中存在的物理量大都是模拟量，如温度、时间、角度、速度等。随着数字技术的迅速发展，尤其是计算机的广泛应用，用数字电路处理模拟信号的情况非常普遍。 模拟量转换为数字量—A/D转换（Analog to Digital） 数字量变换为模拟量—D/A转换（Digital to Analog） 衡量A/D和D/A转换器性能的两个主要指标 转换精度 转换速度 1-1导论 7-2 D/A转换器 D/A转换器是利用电阻网络和模拟开关，将二进制数D 转换为与之成比例的模拟量，n位二进制数D可以写成 : 而输出应当是与输入的数字量成比例的模拟量A A=KD=K K为一个常量，单位为伏特。 电阻解码网络为D/A转换器的主要组成部分。 一、 权电阻解码网络 D/A转换器由权电阻解码网络、电子开关和运算放大器组成。 Sn-1~S0是n个电子开关，受输入代码d n-1~d 0控制，当该位的值 为“1”时，开关将电阻接至参考电压源VREF；当该位为“0”时， 开关将电阻接地。 电阻解码网络为D/A转换器的主要组成部分。 优点：所用的电阻数少； 缺点：阻值分散，集成电路制作困难。 二、 倒T型电阻解码网络 倒T型电阻网络是集成D/A转换器中采用最多的一种 从每一个节点向左看，等效电阻均为2R，所以 各支路电流如图中所标注，于是输出电压 与权电阻解码网络相比，电阻阻值仅两种，便于集成。 三、 集成D/A转换器 AD7524 AD7524是CMOS低功耗8位D/A转换器。内部采用倒T型电阻网络结构。 电源VDD为+5V～+15V D0～D7为输入数据 —写入信号 VREF为参考电源 IOUT1和IOUT2是模拟电流输出 使用内部反馈电阻RFB时输出电压： —片选信号 四、 转换精度与转换速度 转换精度 1 .分辨率—当输入数字量的最低位（LSB）发生变化引起的输出电压的变化量。常用输入数字量的位数表示分辨率 2. 转换误差—转换器实际能达到的转换精度。转换误差用LSB的倍数表示。转换误差分静态误差和动态误差。 转换速度 1．建立时间tset 它是在输入数字量各位由全0变为全1，或由全1变为全0，输出电压达到某一规定值所需要的时间 2．转换速率SR 即输入数字量的各位由全0变为全1，或由全1变为0时，输出电压uo的变化率。这个参数与运算放大器的压摆率类似。 7-2 A/D转换器 一、A/D转换的一般步骤 A/D转换一般包括采样、保持、量化、编码四个步骤。 采样保持完成对模拟信号时间上的离散化 采样频率的选择应满足 采样定理：fs≥2 fi(max) 典型的采样保持电路—LF198 量化与编码的概念 对模拟信号幅值的离散化—量化：用最小数量单位△度量化模拟信号。量化单位△，也就是最低有效位（LSB）所代表数值。 ?把量化的结果用代码（二进制码或其他编码）表示出来，称为编码。这些代码就是A/D转换的结果。 量化过程不可避免地会引入误差—量化误差。位数越多，量化误差越小；同时也与量化方法有关。 输入 信号 111 110 101 100 011 010 000 001 1V 0 1/15V 3/15V 5/15V 7/15V 9/15V 11/15V 二进制 代码 代表的 模拟电压值 0(V) 0 Δ = 2/15(V) 1 Δ = 4/15(V) 2 Δ = 6/15(V) 3 Δ = 8/15(V) 4 Δ = 10/15(V) 5 Δ = 12/15(V) 6 Δ = 14/15(V) 7 Δ = 13/15V 二、A/D转换器的分类 A/D转换器的技术指标—转换精度与转换速度 7-3 并行比较型A/D转换器 速度最快； 电路复杂，n位转换器，所用的比较器的个数为2n-1个。 ui（VREF） 比较器输出 数字输出 C07 C06 CO5 CO4 CO3 CO2 CO1 D2 D1 D0 0≤ui1/15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1/15≤ui3/15 0 0