数字电路与系统.pptx
1数字电路与系统第十一章数-模和模-数转换
013;11.5;11.8;11.914;11.16第五版021;9.2;9.5;9.610;9.13第四版第十一章@第五版习题
1概述2功能:不言自明(DAC和ADC)4性能转换精度和转换速度3芯片成本:明显高于数字电路芯片,同样精度的芯片ADC要高于DAC。
01概述02应用:例如:计算机控制
ABC几种D/A转换器D/A转换器的精度与速度D/A转换器基本原理11.1D/A转换器
11.1D/A转换器D/A转换器基本原理将模拟量A与数字量D相对应,需要一个模拟参考量R,使得:A=D×R;如果max(A)=R,则0≤D≤1数字量D是一个二进制数:D/A转换器DA
§11.1D/A转换器DnA二进制整数乘以一个基本单位,称为量化单位,A为量化单位的整数倍量化单位就是输入数字Dn的一个最低有效位LSB所对应的模拟量电路中常用一个参考电压VREF作模拟参考量D/A转换器DnAVREF
D/A变换器的分类权电阻网络倒T形(梯子形状)电阻网络权电流权电容开关树型“权”——砝码;Weight;加权1211.1D/A转换器
§11.1D/A转换器运算放大器的若干特点开环放大倍数非常大(105-107)输出Vo受电源电压限制,绝对值一般在15V以下,故:两输入端的差值非常小:输入阻抗ri非常大(几百k?以上)输入端的电流非常小:输出阻抗ro非常小(几十?几百?)输出端驱动能力较大,可以带一定的负载,类似于电压信号源(虚短路,虚地)(虚断路)+-VoI-I+V+V-
§11.1D/A转换器运算放大器——加法器如:反相输入电压并联负反馈(线性电路)独立作用原理OP-+RFVREFR2R1VOUT虚地i∑
§11.1.1权电阻网络DAC权电阻网络DAC反相输入端并联权电阻,电阻的阻值等比于2的幂次数字量输入:“1”加入一份(1/2j)电流到i∑输出的模拟电压正比于输入的数字量OP-+RF(R/2)VREFR2RVOUT4R80d1d2d323i0i1i2i3LSBMSBi∑
结构简单,所用电阻元件少各阻值相差大,难以保证精度权电阻网络DAC的变化范围
要求:这种方法的实现——电阻值尽可能单一注意i∑:(不论是权电阻,还是倒T)找一种方法,使i∑可以被有选择地按2的各次幂的比例关系(联想称量,砝码)一份一份地累加起来倒T形电阻网络DAC11.1.2倒T形电阻网络DAC
§11.1.2倒T形电阻网络DAC倒T形电阻分流网络的输入电阻虚地,不论开关合在哪一端,相当于接在“地”电位OP-+RF(R)VREFRVOUTd0d1d2d3虚地RR2R2R2R2R2R(LSB)(MSB)II/16I/16I/8I/8I/4I/4I/2I/2
§11.1.2倒T形电阻网络DAC倒T形电阻分流网络的输入电阻每个“梯子蹬儿”(除了最顶端)看过去的输入阻抗全是R每过一个梯子节(见图中标出的节点,电流被二分)VREFRRR2R2R2R2R2R
§11.1.2倒T形电阻网络DACOP-+RF(R)VREFRVOUTd0d1d2d3虚地RR2R2R2R2R2R(LSB)(MSB)II/16I/16I/8I/8I/4I/4I/2I/2有:
其它类型的DAC权电流型权电容型(自学)开关树型11.1D/A转换器
11.1.3DAC的量程与分辨力量程与VREF成比例一般使量程0~|VREF|(约等于|VREF|)基准源:不能带载,准,温飘小、精密昂贵如果极性、量程不能满足:输出加运放如果输出有功率要求:功率放大器如果不考虑集成电路(IC)制造的精度,分辨力与位数有关8位、10位、12位1/256、1/1024(千分之一)、0.025%
§11.1DAC芯片的使用DAC芯片的结构D/2ndn-1~d0数字地电阻网络模拟地VREF隔离电平转换数字地I-I+-+RF
想象芯片内部的结构例:输出0~8V,代表物理量-10~10,精度0.1%;如何编码,如何连接DAC,编码的LSB代表物理量多少?精度?12位(假设找不到10位DAC)编码,用补码0的位置(4V)?数码加偏移量800h数码最低位代表物理量DAC芯片的使用11.1DAC芯片的使用
11.1DAC芯片的使用例:输出的模拟电平偏移习题p549[题11.7]@第五版p495[题9.4]@第四版
A/D转换器基本原理01直接A/D转换器02间接A/D转换器03A/D转换器的精度与速度0411.2A/D转换器
11.2A/D转换器A/D转换器的原理两步走:对模拟信号采样(连续?离散)将取样的信号转换成物理量取样保持电路各种类型的A?