22 电工学Ⅱ 第十章 模拟量和数字量的转换.pptx

第1页：第十章模拟量和数字量的转换目录

本页为第十章模拟量和数字量的转换的目录页，列出本部分所包含的章节与内容框架。

• 第一节数字－模拟转换器
• 第二节模拟－数字转换器

第2页：第一节数字－模拟转换器

第一节数字－模拟转换器：本节依次讲解以下内容。

• DAC基本概念
• DAC的电路结构及工作原理
• DAC的主要技术指标

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第3页：我们把从数字信号到模拟的分类

我们把从数字信号到模拟信号的转换成为数－模转换，或D/A转换；

把从模拟信号到数字信号的转换成为模－数转换，或A/ D转换。

实现D/A转换的电路称为D/A转换器，简写为DAC；实现A /D转换的电路称为A /D转换器，简写为ADC。

第4页：传感器模拟信号

传感器模拟信号ADC数字信号计算机DAC模拟控制ADC和DAC是将数字计算机应用于生产过程自动控制的桥梁。

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第5页：DAC基本概念

一、DAC基本概念DACDn-1Dn-2D0Uo1. DAC的基本框图DAC的输入是一个n位的二进制数D，表示为：D=Dn-1×2n-1+Dn-2×2n-2+…+D0×20经过DAC电路后输出为模拟电压Uo，其大小与输入的二进制代码的大小成比，设比例系数为K，则

第6页：DAC电路

二、DAC的电路结构及工作原理1. T形电阻网络DACDAC包括权电阻网络、模拟开关和求和放大器三个部分。

3R－＋＋Uo∞2RRRR2R2R2R2R2RS1S0S3S2D0D1D2D3URDA

第7页：T形电阻网络

T形电阻网络2RRRR2R2R2R2RS1S0S3S2D0D1D2D3URDAUD10 0 0UDUR/24R同理:戴维宁等效电路D1=1等效电压源为UE=UR/23D2=1等效电压源为UE=UR/22D3=1等效电压源为UE=UR/21

第8页：DAC等效电路

DAC等效电路3R－＋＋Uo∞R2RUE应用叠加原理电阻网络开路电压UE为：

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第9页：DAC等效电路的特点

当输入D是n位数字量时：T形电阻网络DAC的特点：电阻种类只有R和2R两种，便于集成和提高精度。

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第10页：倒T形电阻网络

2.倒T形电阻网络DACR－＋＋Uo∞2RRRR2R2R2R2RS1S0S3S2D0D1D2D3URII=UR/RI/21I/22I/23I/24当输入D是n位数字量时：

第11页：DAC主要

三、DAC的主要技术指标1.分辨率数－模转换器的分辨率是指最小输出电压（对应的输入二进制数为1）与最大输出电压（对应的输入二进制数的所有位全为1）之比。

分辨率＝1/（2n－1）例如：常用的8位DAC的分辨率约为1/（28－1）≈0.004

第12页：精度转换器的精度是指输出

• 精度转换器的精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。
• 线性度通常用非线性误差的大小表示数－模转换器的线性度。
• 输出电压（或电流）的建立时间从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定所需的时间，称为建立时间。

第13页：电源抑制比输出电压的变化

5.电源抑制比输出电压的变化与相对应的电源电压变化之比，称为电源抑制比。

例、已知倒T形电阻网络DAC的参考电压UR=10V，试求出4位和8位DAC的输出最小电压和输出最大电压。

4位：8位：

第14页：常用D／A转换器8位

常用D／A转换器8位CMOS D/A转换器DAC083210位COMS D/A转换器DAC100212位乘法型D/A转换器AD7541A12位超高速D/A转换器DAC6318位超高分辨率D/A转换器DAC729

第15页：第二节模拟－数字转换器

第二节模拟－数字转换器：本节依次讲解以下内容。

• 并联比较型ADC逐次逼近
• 型ADC
• ADC的主要技术指标

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第16页：模拟－数字转换的过程包括取样

模拟－数字转换的过程包括取样、保持、量化、编码四个步骤。一般取样、保持用一个取样保持电路完成，量化与编码用ADC完成。

一、并联比较型ADC包括分压器、比较器、编码器三部分：分压器将输入模拟量予以量化；

再把得到的2N个量化电平与基准电压进行比较；再将比较结果进行编码，从而得到相应的数字量。

第17页：编码器

优点

转换速度快

缺点

需要的比较器数目多，位数越多此矛盾越突出

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第18页：逐次逼近型

二、逐次逼近型ADC逐次逼近型模-数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数-模转换器和电压比较器等几部分组成。

逐次逼近是由D/A转换器从高位到低位逐位增加转换位数，产生不同的已知电压UA，把输入电压Ui逐次与这些已知电压进行比较而实现。

顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器DAC电压比较器输入电压Ui输出数字量dUA基准UR

第19页：模拟－数字转换器（续）

8 g + 4 g8 g + 4 g + 2 g8 g + 4 g + 1 g8 g8g < 13g，12g < 13g，14g > 13g，13g＝13g，2341砝码重比较判断顺序保留保留撤去保留其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。

若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：

第20页：输出为四位逐次逼近A／D转换过程

输出为四位逐次逼近A／D转换过程23411 0 0 0UA<Ui6UA<Ui5. 5留去留留4UA>Ui5UAUi“1”留否d3d2d1d0UA(V)顺序比较判断1 1 0 01 0 1 01 0 1 1例、UR= 8V，Ui= 5.52V转换数字量1011 4V+1V+0.5V = 5.5V转换误差为–0.02V

第21页：逐次逼近转换过程

逐次逼近转换过程1 0 1 1清零t5.52

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第22页：分辨率以输出二进制数

• 分辨率以输出二进制数的位数表示分辨率。
• 位数越多，误差越小，转换精度越高。
• 转换速度完成一次转换所需要的时间，即从接到转换控制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。
• 相对精度实际转换值和理想特性之间的最大误差。
• ADC的主要技术指标

第23页：常用A／D转换器8位逐次

常用A／D转换器8位逐次比较型A /D转换器ADC080912位A/D转换器AD574A12位乘法型A/D转换器AD7541A12位高速A/D转换器AD37516位高分辨率A/D转换器ADC71