數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

關(guān)于數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器第1頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1概述能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。ADC和DAC是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口。第2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換?；驹淼?頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)換特性D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，是指其輸出模擬量和輸入數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。圖示是輸入為3位二進(jìn)制數(shù)時(shí)的D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性。理想的D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，應(yīng)是輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比。如果輸入為n位二進(jìn)制數(shù)dn-1dn-2…d1d0，則輸出模擬電壓為：第4頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成不論模擬開關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號是1還是0，各支路的電流不變的。第5頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)RF=R/2第6頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月①分別從虛線A、B、C、D處向右看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻都是R。②不論模擬開關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號是1還是0，各支路的電流不變。第7頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月誤差分析1、因參考電壓的偏離引起的誤差2、實(shí)際運(yùn)放的偏離引起的誤差3、模擬開關(guān)的導(dǎo)通壓降引起的誤差4、電阻阻值的偏差引起的誤差第10頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月一種簡化的CMOS開關(guān)型D/A轉(zhuǎn)換器第11頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月CMOS開關(guān)電路的組成及工作原理第12頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）分辨率分辨率用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨率為n位的D/A轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分2n個(gè)不同的輸入二進(jìn)制代碼狀態(tài)，能給出2n個(gè)不同等級的輸出模擬電壓。分辨率也可以用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來表示。10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：（2）轉(zhuǎn)換精度

D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。（3）輸出建立時(shí)間從輸入數(shù)字信號起，到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)定值時(shí)所需要的時(shí)間，稱為輸出建立時(shí)間。第13頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)含義1、分辨率：所能產(chǎn)生的最小電壓變化量與滿刻度輸出電壓之比。位數(shù)越高，分辨能力就越強(qiáng)，分辨率的值越低（小）。2、轉(zhuǎn)換精度（絕對精度）：實(shí)際輸出的模擬電壓與理論輸出模擬電壓間的最大誤差。與元件參數(shù)的精度、工作溫度、運(yùn)放的溫度漂移及轉(zhuǎn)換位數(shù)有關(guān)。通常要求小于最小電壓變化量的一半。3、轉(zhuǎn)換時(shí)間：衡量轉(zhuǎn)換速度。4*、線性度：又稱為非線性誤差，是偏離理想的輸入-輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分率。第14頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月集成D/A轉(zhuǎn)換器5G7520及其應(yīng)用電路舉例1、輸入全為0時(shí)，調(diào)運(yùn)放調(diào)零電位器使輸出為0；2、輸入全為1時(shí)，調(diào)R1使輸出為預(yù)定滿量程輸出；3、R2用以調(diào)節(jié)輸出電壓值（滿量程下降）。第15頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月由5G7520構(gòu)成數(shù)控電流源第16頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3A/D轉(zhuǎn)換器用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，是模擬系統(tǒng)到數(shù)字系統(tǒng)的接口電路。轉(zhuǎn)換需要時(shí)間，故要求轉(zhuǎn)換期間輸入的模擬量保持不變；須進(jìn)行模擬信號的離散處理，即采樣和保持。把保持的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程稱為量化過程；把量化的結(jié)果進(jìn)行編碼得到輸出的數(shù)字信號。分兩步完成。第17頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3.1采樣-保持采樣頻率越高，輸出脈沖的包絡(luò)線就越接近輸入的模擬信號。采樣定理：采樣頻率高于輸入信號最高頻率的2倍以上。第18頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月采樣-保持器VL高電平時(shí)T導(dǎo)通，保持電容CH兩端的電位差即為輸出電壓，處于采樣期；

VL為低電平時(shí)T截止，CH無放電回路，輸出保持在采樣結(jié)束前的輸入值。第19頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月國產(chǎn)單片集成采樣保持器5G582的結(jié)構(gòu)示意圖和引腳圖邏輯控制輸入為差動(dòng)方式：-6～+0.8V時(shí)為采樣狀態(tài)，+2～(+Vcc-3V)時(shí)為保持狀態(tài)。兩個(gè)模擬量輸入端第20頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月5G582應(yīng)用舉例將輸入和輸出運(yùn)放構(gòu)成一個(gè)電壓跟隨器輸入高電平（3.5V）時(shí)為保持狀態(tài)；輸入低電平（0V）時(shí)為采樣狀態(tài)。用以對輸入運(yùn)放的失調(diào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。第21頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3.2并聯(lián)（行）比較型A/D工作原理特點(diǎn)：是所有A/D中速度最快的一種，但電路復(fù)雜、成本高、價(jià)格貴，一般分辨率較低。分辨率的提高第22頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器第23頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月3位逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換開始前使Q5為1，其余為0。第一個(gè)CP作用后Q1為1，其余為0。然后逐位比較。最低位為1，其余均為0時(shí)對應(yīng)的模擬量的一半，目的是減小量化誤差。第24頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月逐次漸近型A/D的特點(diǎn)n位逐次漸近型A/D完成一次轉(zhuǎn)換需進(jìn)行n次比較，經(jīng)n+2個(gè)時(shí)鐘脈沖，即轉(zhuǎn)換一次所需時(shí)間固定，為(n+2)Tcp，屬于中速A/D。由于轉(zhuǎn)換所需時(shí)間不隨輸入的改變，可采用定時(shí)查詢的方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。電路簡單，成本較低。第25頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月屬于逐次漸近型轉(zhuǎn)換方式的集成A/D有：ADC0801、ADC0809、AD571、AD5770等。是8位A/D，有20個(gè)管腳，三態(tài)鎖存輸出，數(shù)據(jù)可采用總線結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為100μs。輸入為正時(shí)，負(fù)輸入端接地，否則反之。片選讀出，為1時(shí)三態(tài)門處于高阻態(tài)，為0時(shí)接通外部總線。寫入，為0時(shí)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，變?yōu)?時(shí)轉(zhuǎn)換開始，轉(zhuǎn)換結(jié)束又變?yōu)?。第26頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月ADC0809也是8位CMOS逐次漸近型A/D，主要用于微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。第27頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月ADC