ADDA轉換原理PPT教學課件

1、9.1 概述從模擬信號到數(shù)字信號的轉換稱為模數(shù)轉換，簡稱A/D轉換。從數(shù)字信號到模擬信號的轉換稱為數(shù)模轉換，簡稱D/A轉換。分類：D/A轉換器的分類： 權電阻網絡型；倒梯電阻網絡型；權電流型；權電容型；開關樹型等等。 直接型間接型反饋比較型并聯(lián)比較型逐次漸進型計數(shù)型電壓時間型（VT變換型）: 雙積分型電壓頻率型（VF變換型）A/D轉換器的分類主要指標：轉換精度；轉換速度第1頁/共33頁9.2.1 權電阻網絡D/A轉換器一、電路組成三部分：權電阻網絡、模擬開關（受代碼d3d0的控制，代碼為1時接VREF，為0時接地）、求和放大器第2頁/共33頁二、工作原理第3頁/共33頁即vO正比于DnVREF

2、可正可負優(yōu)缺點：電阻少，但差值大，不易集成。第4頁/共33頁9.2.2 倒T型電阻網絡D/A轉換器一、電路的組成電阻網絡、模擬開關、求和放大器A、基準電壓VREF。V接地， V為虛地，S3S0相當于接地，若數(shù)碼為1，接V-,數(shù)碼為0，接V 。第5頁/共33頁二、工作原理從每個端口向左看等效電阻均為R，I=VREF/R，每個支路電流依次為I/2, I/4, I/8, I/16。 對于n位D/A轉換器：VO與D成正比。第6頁/共33頁三、集成D/A轉換器CB7520 (AD7520)1、原理圖10位倒T電路，需外接運放，反饋電阻可用內部R，也可自接，VREF需穩(wěn)定，才能確保轉換精度。第7頁/共33

3、頁2、CB7520中的CMOS模擬開關電路采用15V電壓第8頁/共33頁9.2.7 D/A轉換器的轉換精度與轉換速度一、D/A轉換器的轉換精度用分辨率和轉換誤差來描述轉換精度1、分辨率用輸入二進制代碼的位數(shù)給出（理論精度）模擬電壓應能區(qū)分00.0011.11全部2n個不同狀態(tài)用最小電壓與最大輸出電壓之比表示，例如10位D/A轉換器001. 01023112110第9頁/共33頁2、轉換誤差（實際精度）轉換誤差：實際與理論值的最大偏差（例如：0001時的輸出電壓）是一個由各種因素引起的轉換誤差的綜合指標。因素：VREF波動；運放的零漂； 模擬開關的導通內阻及壓降； 電阻阻值偏差；二極管特性不一致

4、第10頁/共33頁二、D/A轉換器的轉換速度用建立時間t set定量描述D/A轉換器的轉換速度t set ：從輸入數(shù)字量發(fā)生突變開始，到輸出電壓進入與穩(wěn)態(tài)值相差 范圍以內的時間。一般定為：從全0變?yōu)槿?所需的時間。LSB21 不包含運放的單片集成DAC： t set 0.1m 包含運放的單片集成DAC： t set 0.15m外加運放的DAC的最大轉換時間：第11頁/共33頁9.3 A/D轉換器9.3.1 A/D轉換的基本原理模擬信號是連續(xù)的，數(shù)字信號是離散的，因此需要在一系列選定的瞬間對輸入的模擬信號取樣，然后保持、量化、編碼，再開始下一次取樣。一、取樣定理取樣信號vS，模擬信號vI ，必須

5、滿足fS2fi(max)fS 取樣頻率； fi (max)模擬信號的最高頻率分量的頻率用低通濾波器將vS還原為vI ，一般取fS35fi (max)保持電路第12頁/共33頁二、量化和編碼采樣電壓表示成最小單位的整數(shù)倍，叫量化。最小單位叫量化單位，用表示。數(shù)字信號最低有效位（LSB）的1所代表的數(shù)量大小為 。量化結果用二進制表示出來叫編碼。兩種量化方法只舍不入 有舍有入例如，01V模擬電壓轉換成三位二進制代碼。 圖(a)中： 1/8V 01/8V0 1/8V 2/8V 1 單向誤差為，最大誤差為1/8V。圖9.3.3 劃分量化電平的兩種方法(a)第13頁/共33頁例如，01V模擬電壓轉換成三位

6、二進制代碼。 圖(b)中： 2/15V 01/15V0 1/15V 3/15V 1 雙向誤差為，最大誤差為1/15V。圖9.3.3 劃分量化電平的兩種方法若vI在范圍內變化時，一般要求采用二進制補碼形式編碼，例如 1V，三位二進制補碼，如圖9.3.4。第14頁/共33頁9.3.2 取樣保持電路一、基本形式如圖9.3.5當vL1時，T通，vI向C充電，設RI=RF，則vO vC vI，當vL0時，T止，CH保持。缺點：速度低，為提高速度，可減小RI，則輸入阻抗降低，不可取。解決辦法見下頁。第15頁/共33頁二、實用電路（LF198）速度低的解決辦法：在電路的輸入端增加一級隔離放大器，如：LF19

7、8集成采樣保持。vL1，取樣； vL0，保持；D1、D2保護二極管，VOS輸出調零電壓第16頁/共33頁9.3.3 直接A/D轉換器一、并聯(lián)比較型三部分組成：電壓比較器、寄存器、代碼轉換電路2/15VREF比較結果：0000000，0000001，1111111共8種CP寄存。第17頁/共33頁寄存器輸出是一組7位的二值代碼，需轉換成3位二進制數(shù)。代碼轉換電路的邏輯函數(shù)式為：優(yōu)點：速度高（50nm）可省略采保電路缺點：比較器多（n位代碼需2n1個）第18頁/共33頁二、反饋比較型A/D轉換器1、計數(shù)型A/D轉換器轉換時間長： 當輸出為n位二進制數(shù)碼時，最長的轉換時間可達（2n1）TCP。第19

8、頁/共33頁2、逐次漸進型A/D轉換器原理：類似天平稱重原理從最高位置1，判斷保留或去除；次高位置1，判斷保留或去除；.最低位置1，判斷保留或去除；n位需(n2)個CP脈沖第20頁/共33頁工作原理例如：參考電壓VREF=5V, 模擬vI=3.2. 設初態(tài)QAQBQC=000, 環(huán)形計數(shù)器Q1Q510000，即Q11（1）CP1 到來SA=1, RA=0; SB=0, RB=1; SC=0, RC=1置成100 vO5212.5V vO vI vC =1且CP2 過后， Q1Q5 00100，即Q3 1（3）CP3 到來SA=0, RA=0; SB=0, RB=1; SC=1, RC=0QA保持，QB置0，QC置1置成 101 vO5(21+ 23)3.125V vO vI vC =0且CP3 過后， Q1Q5 00010，即Q4 1第22頁/共33頁（4）CP4 到來SA=0, RA=0;SB=0, RB=0; SC=0, RC=0QA、QB、QC均保持 101vC =0 且CP4 過后， Q1Q5 00001，三態(tài)輸出101（5）CP5 到來Q1Q5 10000，返回初態(tài)第23頁/共33頁9.3.4 間接A/D轉換器第一步：S1合到vI一側，進