數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字電路邏輯設(shè)計數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器1.1概述數(shù)字系統(tǒng)只能處理時間和幅值都離散的數(shù)字信號 現(xiàn)實物理空間中存在的絕大多數(shù)信號都是時間和幅值連續(xù)變化的模擬信號 將電模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程稱為“模數(shù)轉(zhuǎn)換” 經(jīng)過數(shù)字系統(tǒng)處理后的數(shù)字量，有時又需要再轉(zhuǎn)換成模擬量使用,稱之為“數(shù)模轉(zhuǎn)換” 1.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）一 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理 對于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實現(xiàn)了數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。二 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器（4位）所以，無論Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均接“地”（地或

2、虛地）。圖中S0S3為模擬開關(guān)，由輸入數(shù)碼Di控制，當(dāng)Di=1時，Si接運算放大器反相輸入端（虛地），電流Ii流入求和電路；當(dāng)Di=0時，Si將電阻2R接地?？伤愠?，基準(zhǔn)電流 I=VREF/R，輸出電壓：則流過各開關(guān)支路（從右到左）的電流分別為 I/2、I/4、I/8、I/16。于是得總電流：將輸入數(shù)字量擴展到n位，則有：可簡寫為：vO=KNB 其中：K=三 權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器為進(jìn)一步提高D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，可采用權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器。采用具有電流負(fù)反饋的BJT恒流源電路的權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器：由倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)分析可知，IE3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8，IE0=I/16，于是

3、可得輸出電壓為可推得n位倒T形權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓：基準(zhǔn)電流：四 D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例DAC0808是8位權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器，其中D0D7是數(shù)字量輸入端。用這類器件構(gòu)成的D/A轉(zhuǎn)換器時，需要外接運算放大器和產(chǎn)生基準(zhǔn)電流用的電阻R1。當(dāng)VREF=10V、R1=5k、Rf=5k時，輸出電壓為：DAC0808 D/A轉(zhuǎn)換器輸出與輸入的關(guān)系（ 設(shè)VREF=10V）1.轉(zhuǎn)換精度 五 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（2）轉(zhuǎn)換誤差此外，也可用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比來表示分辨率，N位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為 1/（2n-1）。2.轉(zhuǎn)換速度3. 溫度系數(shù)在輸入不變的情況下，輸出模

4、擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。（2）轉(zhuǎn)換速率（SR）在大信號工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。（1）分辨率D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)。輸入數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率越高。所以，在實際應(yīng)用中，常用字量的位數(shù)表示D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。（1）建立時間（tset）當(dāng)輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時，輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需時間。最短可達(dá)0.1S。1.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器一A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟和取樣定理由于輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，所以一般的A/D轉(zhuǎn)換過程為：取樣、保持、量化和編碼。 取樣定理： 因為每次把取樣電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字

5、量都需要一定的時間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時間?？梢?，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時所用的輸入電壓，實際上是每次取樣結(jié)束時的vI值。式中fS為取樣頻率，fimax為輸入信號vI的最高頻率分量的頻率。二 取樣保持電路電路組成及工作原理（取Ri=Rf）:當(dāng)控制信號vL為高電平時，T導(dǎo)通，vI經(jīng)電阻Ri和T向電容Ch充電。 則充電結(jié)束后 vO=vI=vC。N溝道MOS管T作為開關(guān)用。當(dāng)控制信號返回低電平后，T截止。Ch無放電回路，所以vO的數(shù)值 可被保存下來。三 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器（3位） 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器真值表1 轉(zhuǎn)換原理：四 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器 2 邏輯電路五雙積分型A/D轉(zhuǎn)

6、換器它由積分器、過零比較器（C）、時鐘脈沖控制門（G）和定時器、計數(shù)器（FF0FFn）等幾部分組成。（2）第一次積分階段工作原理：（1）準(zhǔn)備階段計數(shù)器清零，積分電容放電， vO=0V。t=0時，開關(guān)S1與A端接通，輸入電壓vI加到積分器的輸入端。積分器從0開始積分：由于vO0V，比較器輸出vC=0，控制門G被關(guān)閉，計數(shù)停止。在此階段結(jié)束時vO的表達(dá)式可寫為：設(shè)T2=t2t1，于是有：設(shè)在此期間計數(shù)器所累計的時鐘脈沖個數(shù)為，則：可見，T2與VI成正比，T2就是雙積分A/D轉(zhuǎn)換過程的中間變量。 上式表明，計數(shù)器中所計得的數(shù)（=Qn-1Q1Q0），與在取樣時間T1內(nèi)輸入電壓的平均值VI成正比。只要VIVREF，轉(zhuǎn)換器就能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。T2=TC 六 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率說明A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。 一般以輸出二進(jìn)制（或十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)表示。因為，在最大輸入電壓一定時，輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。1. 轉(zhuǎn)換精度例如，相對誤差LSB/2，就表明實際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個字。（2）轉(zhuǎn)換誤差它表示A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。常用最低有