第十一章_清华.ppt

《数字电子技术基础》（第五版）教学课件清华大学 阎石 王红 联系地址：清华大学 自动化系 邮政编码：100084 电子信箱：wang_hong@tsinghua.edu.cn 联系电话：(010第十一章 数-模（D/A）和模-数（A/D）转换 11.1 概述 一、用途及要求 三、分类 11.2 D/A转换器 11.2.1 权电阻网络D/A转换器 一、电路结构和工作原理 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 11.2.2 倒T形电阻网络DAC 11.2.6 具有双极性输出的DAC 当输入数字量有±极性时， 希望输出的模拟电压也对应为±。 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 二、电路实现 11.2.7 DAC的转换精度与速度 一、转换精度 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-1个不同状态 2. 转换误差（实际精度） 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 二、误差分析 二、量化和编码 量化：将采样电压表示为最小数量单位（Δ）的整数倍 编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二-十进制） 量化误差：当采样电压不能被Δ整除时，将引入量化误差 11.3.2 抽样保持电路 11.3.3 并联比较型A/D转换器 并联比较型 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S/H电路 *电路规模，n位需要2n-1比较器，触发器 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 2、逐次渐近型 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 电路实现 11.3.6 V-F变换型A/D转换器 11.3.7 ADC的转换速度与转换精度 一、速度取决于电路结构类型 并联比较型：1微秒 逐次渐近型：10~100微秒/次 双积分型：几十毫秒/次 二、转换精度 1. 分辨率：以输出二进制或十进制的位数表示，说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。 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。 ！简单 ！慢 ！电路不太复杂 ！较快 1 0 0 0 0 3位：5个CLK N位: ( n+2)个CLK 《数字电子技术基础》第五版 传感器 放大器 A/D 转换 微型计算机 控制 对象 D/A 转换 温度 时间 ！精度 ！速度 电加热炉 热电偶 执行机构 D 111101… D/A A(电压 或 电流) ？ 希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流 R R R R Di =1时，开关Si接运放的反相端; Di= 0时，开关Si接地。 11.2. 3 权电流D/A转换器 1. 4位权电流D/A转换器 在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。 实际的权电流D/A转换器电路 电压恒定 各BJT的 发射结电压相等 基准电流产生电路 + + - -4V -4 0 0 1 -3V -3 1 0 1 -2V -2 0 1 1 -1V -1 1 1 1 0V 0 0 0 0 +1V +1 1 0 0 +2V +2 0 1 0 +3V +3 1 1 0 D2 D1 D0 要求的 输出 对应的 十进制 补码输入 -4V 0V 0 0 0 -3V +1V 1 0 0 -2V +2V 0 1 0 -1V +3V 1 1 0 0V +4V 0 0 1 +1V +5V 1 0 1 +2V +6V 0 1 1 +3V +7V 1 1 1 D2 D1 D0 偏移后 的输出 对应的 输出 原码输入 -4V -4 0 0 1 -3V -3 1 0 1 -2V -2 0 1 1 -1V -1 1 1 1 0V 0 0 0 0 +1V +1 1 0 0 +2V +2 0 1 0 +3V +3 1 1 0 D2 D1 D0 要求的 输出 对应的 十进制 补码输入 D/A *将符号位