模数转换器基本原理及常见结构

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第六章模数转换器

第六章模数转换器

A/D转换器的比较
各种A/D转换器的性能比较
模拟/数字转换技术的发展趋势
当前,数字处理系统正在飞速发展,主要表现在以下几 个方面:
1、在视频领域,高清晰度数字电视系统(HDTV)的出现,将 广播电视推向了一个更高的台阶,HDTV的分辨率与普通电视 相比至少提高了一倍。
2、在通信领域,过去无线通信系统的设计都是静态的, 只能在规定范围内的特定频段上使用专用调制器、编码器和 信道协议。而软件无线电技术(SDR)能更加灵活、有效地利用 频谱,并能方便地升级和跟踪新技术,大大地推动了无线通 信系统的发展。
1 RC
T1V
I
VP
2n RC
TcpV
I
V I 是ui在T1内的平均值。T1 2nT cp
输入模拟电压
ui -VREF
S1
R
基准电压
S2
C
- A
+ 积分器
uo
VP
2n RC
TcpV
I
=1(uo≤0)
uo -
CO= =0(uo>0)
C +
比较器
CO
逻辑 控制门
Qn
触发器
n 位二进制计数器
dn-1
模拟/数字转换技术的发展趋势(续)
低功耗:片上系统(SOC)已经成为集成电路发展的趋势,在 同一块芯片上既有模拟电路又有数字电路。为了完成复杂的系 统功能,大系统中每个子模块的功耗应尽可能地低,因此,低 功耗A/D转换器是必不可少的。在以往的设计中,5MSPS 8~12 位分辨率A/D转换器的典型功耗为100~150mW。这远不能满足 片上系统的发展要求,所以,低功耗将是A/D转换器一个必然 的发展趋势。
时间离散→采样定理

模数转换器的基本原理

模数转换器的基本原理
测试结果表明,该ADC的设计方案和技术实现是成功的, 能够实现高速高精度的模数转换。同时,数字校正和校准 技术的使用有效地消除了通道间差异和失真,提高了ADC 的性能。
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01
并行比较型ADC
03
02
直接ADC种类
04
逐次逼近型ADC
积分型ADC
05
06
逐位转换型ADC
间接ADC的原理及种类
间接ADC(Indirect-Conversion ADC)原理:先将模拟 信号转换为频率或相位等中间变量,再将这些中间变量转 换为数字信号。
间接ADC种类
频率-时间转换型ADC
特点
模拟信号具有连续性和实时性, 可以同时传递多个信息,但容易 受到噪声和干扰的影响。
数字信号的定义与特点
定义
数字信号是指离散的、只有特定值的 信号,如计算机中的二进制信号。
特点
数字信号具有离散性、稳定性和抗干 扰能力强,能够进行高精度、高速度 的处理和传输。
模拟信号与数字信号的转换需求
转换需求
03 模数转换器的应用场景与 技术挑战
模数转换器在嵌入式系统中的应用
01
信号处理
嵌入式系统中的信号处理需要将模拟信号转换为数字信号,以便进行数
据处理和分析。模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号,为嵌入式
系统提供可靠的信号输入。
02
控制系统
嵌入式系统中的控制系统需要将数字信号转换为模拟信号,以实现对物
发展趋势
随着技术的不断发展,模数转换器也在不断进步。未来的发展趋势包括提高转换 精度和速度、降低功耗和噪声、增强可靠性和稳定性等方面。同时,随着应用场 景的不断扩展,模数转换器的应用范围也将越来越广泛。

模数转换器的原理

模数转换器的原理

模数转换器的原理
模数转换器是一种将模拟信号转换为数字信号的设备,其原
理包括采样和量化两个步骤。

采样是指按照一定的时间间隔对模拟信号进行离散化处理,
取样频率决定了数字化的精度。

在采样过程中,模数转换器将
模拟信号在每个采样点上进行测量,并将测量结果保留为数字
形式。

量化是指将采样得到的模拟信号测量结果转换为离散的数字
数值。

量化过程将模拟信号的幅值映射到一个离散的数值集合上,这个数值集合被称为量化级别。

模数转换器根据量化级别
对采样得到的模拟信号进行量化,并将其表示为相应的数字码。

模数转换器的核心是一个模数转换器(ADC)和一个数模转
换器(DAC)。

ADC将模拟信号转换为数字信号。

当输入的模拟信号进入ADC时,首先会经过一个采样保持电路,它的作用是将模拟信
号的幅值进行保持,以便之后进行采样和量化。

接下来,采样
保持电路将保持的模拟信号进行采样,并将每个采样点的幅值
转换为数字形式。

最后,ADC对采样得到的模拟信号进行量化,将其表示为数字码。

DAC则将数字信号转换为模拟信号。

DAC接收由ADC产生的数字码,并将其还原为模拟信号。

DAC首先将数字码转换为
相应的模拟电压,并经过一个重构滤波器以消除数字到模拟转
换过程中的噪声和失真。

最后,重构滤波器输出的模拟信号经
过放大器放大,得到最终的模拟输出信号。

总体而言,模数转换器通过采样和量化的过程将模拟信号转
换为数字信号,并通过数模转换器将数字信号还原为模拟信号。

这样可以实现模拟信号的数字化处理和传输。

模数转换器原理

模数转换器原理

模数(A/D)转换器工作原理A/D转换器(Analog-to-Digital Converter)又叫模/数转换器,即是将模拟信号(电压或是电流的形式)转换成数字信号。

这种数字信号可让仪表,计算机外设接口或是微处理机来加以操作或胜作使用。

A/D 转换器 (ADC)的型式有很多种,方式的不同会影响测量后的精准度。

A/D 转换器的功能是把模拟量变换成数字量。

由于实现这种转换的工作原理和采用工艺技术不同,因此生产出种类繁多的A/D 转换芯片。

A/D 转换器按分辨率分为4 位、6 位、8 位、10 位、14 位、16 位和BCD码的31/2 位、51/2 位等。

按照转换速度可分为超高速(转换时间=330ns),次超高速(330~3.3μS),高速(转换时间3.3~333μS),低速(转换时间>330μS)等。

A/D 转换器按照转换原理可分为直接A/D 转换器和间接A/D 转换器。

所谓直接A/D 转换器,是把模拟信号直接转换成数字信号,如逐次逼近型,并联比较型等。

其中逐次逼近型A/D 转换器,易于用集成工艺实现,且能达到较高的分辨率和速度,故目前集成化A/D 芯片采用逐次逼近型者多;间接A/D 转换器是先把模拟量转换成中间量,然后再转换成数字量,如电压/时间转换型(积分型),电压/频率转换型,电压/脉宽转换型等。

其中积分型A/D 转换器电路简单,抗干扰能力强,切能作到高分辨率,但转换速度较慢。

有些转换器还将多路开关、基准电压源、时钟电路、译码器和转换电路集成在一个芯片内,已超出了单纯A/D 转换功能,使用十分方便。

ADC 经常用于通讯、数字相机、仪器和测量以及计算机系统中,可方便数字讯号处理和信息的储存。

大多数情况下,ADC 的功能会与数字电路整合在同一芯片上,但部份设备仍需使用独立的ADC。

行动电话是数字芯片中整合ADC 功能的例子,而具有更高要求的蜂巢式基地台则需依赖独立的ADC 以提供最佳性能。

ADC 具备一些特性,包括:1. 模拟输入,可以是单信道或多信道模拟输入;2. 参考输入电压,该电压可由外部提供,也可以在ADC 内部产生;3. 频率输入,通常由外部提供,用于确定ADC 的转换速率;4. 电源输入,通常有模拟和数字电源接脚;5. 数字输出,ADC 可以提供平行或串行的数字输出。

dac数模转换器工作原理

dac数模转换器工作原理

dac数模转换器工作原理
DAC(数字模拟转换器)的工作原理主要包括两个步骤:数字信号的采样和模拟信号的重构。

在数字信号的采样阶段,DAC将输入的数字信号分解为一系列离散的采样值。

这些采样值通常是在固定的时间间隔内进行采样的。

这些采样值可以通过模数转换器(ADC)从模拟信号中获取,或者通过数字信号处理器(DSP)等设备生成。

在模拟信号的重构阶段,DAC将这些采样值转换为模拟信号。

这个过程通
常涉及到使用一种或多种模拟电路来重建原始的模拟信号。

最简单的DAC
是二进制加权电阻网络,也称为R-2R网络。

该网络由一系列电阻组成,其中每个电阻的阻值与二进制数的相应位相关联。

当输入的数字信号的某个位为1时,相应的电阻将连接到一个参考电压上,而当该位为0时,相应的电阻将连接到地。

通过这种方式,DAC可以根据输入的数字信号的每个位的
值来调整输出的模拟信号的电压。

此外,除了R-2R网络,还有其他一些常见的DAC架构,如串行接口DAC、并行接口DAC和ΔΣ(Delta-Sigma)DAC。

这些不同的架构在实现上有所不同,但基本原理是相似的:将数字信号转换为模拟信号。

总的来说,DAC的工作原理可以概括为两个主要步骤:数字信号的采样和模拟信号的重构。

通过使用不同的DAC架构,可以实现高精度、高速度和低功耗的数字到模拟信号的转换。

adc的种类工作原理和用途

adc的种类工作原理和用途

adc的种类工作原理和用途ADC(Analog-to-Digital Converter)即模数转换器,是一种电子设备,用于将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。

ADC在现代电子设备中得到了广泛的应用,下面将详细介绍ADC的种类、工作原理和用途。

一、ADC的种类根据其工作原理和结构,ADC可以分为以下几种主要类型:1. 逐次逼近式(Successive Approximation)ADC:逐次逼近式ADC 采用逼近法对输入模拟信号进行逐级逼近,最终得到一个数字输出。

它通过与模拟输入进行比较,并根据比较结果逐步逼近输入信号的真实值。

逐次逼近式ADC是一种广泛应用的ADC类型,具有较高的转换速度和较低的功耗。

2. 并行式ADC(Parallel ADC):并行式ADC将模拟信号按位数进行分割,每个位数均通过特定的电路进行转换,最后将结果合并成一个完整的数字输出。

并行式ADC具有较高的转换速度,但由于其需要大量的电路,使得成本和功耗较高。

3. 逐次逼近型逐次逼近系统(Pipeline ADC):逐次逼近型逐次逼近系统采用多级的逐次逼近ADC进行串联,以提高整个系统的转换速度。

每个电路将输入信号一次逼近一位,并将逼近结果传到下一级,直到最终得到完整的数字输出。

逐次逼近型逐次逼近系统ADC具有较高的转换速度和较低的功耗,广泛应用于高速数据转换领域。

4. Sigma-Delta ADC:Sigma-Delta ADC采用了过采样和噪声整形的技术,通过对输入信号进行高速取样,然后通过滤波器和数字处理器来获取高精度的输出。

Sigma-Delta ADC具有较高的转换精度和动态范围,常用于音频和通信等领域。

二、ADC的工作原理ADC的工作原理主要是将模拟信号经过一系列的步骤转换成数字信号。

以下是一般ADC的工作流程:1.采样:将模拟信号在采样保持电路中进行取样,将连续的模拟信号转换为离散的样本。

2.量化:将采样后的模拟信号转换为相应的数字数值。

数模转换器原理

数模转换器原理

数模转换器原理
数模转换器(Digital-to-Analog Converter,简称DAC)是一种
电子器件,用于将数字信号转换为模拟信号。

其原理是根据输入的数字信号,在输出端生成一个与输入信号相对应的模拟信号。

数模转换器由两部分组成:数字部分和模拟部分。

数字部分接收来自数字信号源的输入数据,通常是以二进制形式表示的数字信号。

数字部分的任务是根据输入信号的数值,控制模拟部分产生相应的模拟电压信号。

模拟部分由一组电路组成,根据数字部分传递过来的信号值生成模拟电压信号。

常用的数模转换器有脉冲宽度调制(PWM)、脉冲数调制(PCM)和脉冲密度调制(PDM)等。

具体的工作原理如下:
1. 数字部分接收到输入的数字信号后,将其转换为一个相应的二进制代码。

2. 数字部分将转换后的二进制代码传递给模拟部分。

3. 模拟部分根据接收到的二进制代码产生相应的模拟电压信号。

4. 模拟电压信号经过滤波和增益调节等处理后,输出为模拟信号的形式。

数模转换器的输出模拟信号可以是连续的,也可以是离散的。

连续模拟信号多用于音频和视频等领域,离散模拟信号多用于控制系统和通信系统中。

数模转换器广泛应用于各种电子设备中,如数字音频设备、数字视频设备、测量仪器、通信设备等。

它的主要作用是将数字信号转换为能够被模拟设备或模拟电路处理的模拟信号,使得数字设备能够与模拟设备进行数据交互。

模数转换器工作原理

模数转换器工作原理

模数转换器工作原理
模数转换器(ADC)是将模拟信号转换为数字信号的电子设备。

它的工作原理可以分为以下几个步骤:
1. 采样:ADC首先对输入的模拟信号进行采样,即在一定时
间间隔内对模拟信号进行离散取样。

采样频率越高,能够更准确地还原原始信号。

2. 量化:采样后的模拟信号被转换为离散的数字数值。

这个过程称为量化。

ADC将连续的模拟信号分成若干个离散的电平,每个离散的电平对应一个数字数值。

3. 编码:量化后的数字数值通常是一个连续的模拟量。

编码的目的是将这个连续模拟量转换为离散的二进制数值。

常见的编码方式有二进制码、格雷码等。

4. 输出:完成编码后,ADC将数字信号输出,可以通过数据
总线或者其他接口传输给数字系统进行后续处理或存储。

需要注意的是,不同类型的ADC使用不同的转换方法,但以
上步骤基本是通用的。

除了基本的采样、量化、编码和输出,ADC中还可能包括放大器、滤波器等模块,用于对输入信号
进行预处理或增强功能。

《数模模数转换器》课件

《数模模数转换器》课件
通信系统中数字信号转换为模拟信号
调制技术中,需要将数字信号转换为模拟信 号进行调制。
模数转换器的原理
1
采样
将模拟信号的连续波形离散化,获得时间离散信号的采样值。
2
量化
将采样值离散化处理,得到离散化后的数字信号。
3
编码
根据不同的编码方式将数字信号转换为二进制代码。
模数转换器的应用
数字万用表
使用模数转换器将电压、电流 等模拟量转换成数字信号进行 处理。
迫切需要高精度和高速率的转换器。在微纳米技术中,需要针对小尺寸、低功耗的要求 进行改进。
《数模模数转换器》PPT 课件
数字信号与模拟信号之间的转换是现代电子设备中的一个重要问题。这个问 题可以通过数模转换器和模数转换器来解决。
二进制编码来 表示的。各个位上面的电压表 示二进制代码中的“1”和“0”两 个状态。
模拟信号波形
模拟信号的波形是连续而光滑 的。数模转换器将这个连续的 波形离散化,用数字信号来表 示。
量化误差
离散化过程中会有误差。量化 误差也是数模转换器中需要注 意的问题之一。
数模转换器的应用
音频处理
音频信号经常需要被数字化、处理、然后再 转换成模拟信号进行输出。
视频信号处理
视频信号中有许多是数字化的信息。压缩和 编码技术都需要数模转换器。
传感器信号读取
传感器通常产生模拟信号,而数字信号处理 器则需要数字信号。
液位传感器
液位传感器将液位高度转化为 连续的电信号。通过模数转换 器转换成数字信号后可以进行 处理。
数字示波器
可以将电压随时间变化的波形 储存在内存中,在屏幕上显示 为连续的波形。
总结与展望
1 数模转换器和模数转换器是数字电路设计中很常见的部件。

第二十五讲模数转换器

第二十五讲模数转换器

量化误差:实际输入电压值与量化值之间的偏差
(a)
(a)采用直接舍去小数点的方法,最大的量化误差是△。 (b)采用直接四舍五入的方法,最大的量化误差是△/2。
(b)
二、逐次逼近型模数转换器
d2 d1 d0
电 路 组 成
3D 存储器:作用是在节拍脉冲的触发下,记忆最后的比 电 压 比较器:将输入的 电压信 号 UI 与 UR CP 进0行 比3 较 ’, 4 位脉冲发生器:用它来产生 JK 触发器:作用是在 4个的负向节拍脉冲 4 各的负向节拍脉冲 -CP CLK =0当 的 DAC :数模转换器,作用是按照不同的输入数码产生一组相 0较结果,并行输出二进制代码。 U 时,输出 C 1(C0’=0);当UDAC <UR 提供输入数码。 时,输出 0 (C0’ 2 1 C0=0 ’ I≥U3 R I CLK 推动下,记忆每次比较的结果,并向 ;用这 4R 个节拍脉冲来控制其他电路完成逐次比较。 应的比较电压 U : 0= U V ( d 2 d 2 d 2 ) / 2 R REF 2 1 0 ’ =1)该发生器通常由 ; C0和C0 分别连接各个边沿 JK触发器的J、K端。 4位环形计数器构成。
2016年1月1日星期五福建农林大学计算机与信息学院一ad转换器的基本原理1模拟信号和数字信号2模数转换概述3基本原理二逐次逼近型模数转换器三ad转换器的主要技术指标主要内容结束放映模拟信号
一、A/D转换器的基本原理
1、模拟信号和数字信号

2、模数转换概述
3、基本原理
放映
一、A/D转换器的基本原理 1、模拟信号和数字信号
1.李鸿章1872年在上海创办轮船招商局,“前10年盈和,成
为长江上重要商局,招商局和英商太古、怡和三家呈鼎立

模数转换器基本原理及常见结构

模数转换器基本原理及常见结构

模数转换器基本原理及常见结构采样是将连续的模拟信号在时间上进行离散的过程。

采样是通过一个时钟信号来触发的,时钟信号以一定的频率进行变化。

在每个时钟周期内,模拟信号的幅值被记录下来,形成离散的采样点。

采样定理告诉我们,如果信号的最高频率为f,则采样频率应大于2f,以避免采样误差。

量化是将离散的采样点映射到固定的取值档位上的过程。

量化的目的是将无限多的可能取值映射为有限的离散取值。

这里使用的是一个模拟信号值到数字量值的映射函数。

在量化过程中,通过一个比特宽度来决定映射的离散量级。

比特宽度越宽,精度越高,但需要更大的存储空间和处理能力。

逐次逼近型是一种主流的结构,它逐渐逼近输入信号的幅值。

它包括一个比较器、一个数字-模拟转换器(DAC)和一个查找表。

比较器将输入信号与DAC输出的电压进行比较,然后根据比较结果来调整DAC的输出电压。

通过多次迭代,逐步逼近输入信号的幅值,直到达到所需的精度。

逐次逼近型结构具有高精度和较低的功耗,但速度较慢。

闩锁型结构是另一种常见的模数转换器结构,它基于电容的充电和放电来实现模拟信号到数字信号的转换。

它包括一个电容阵列,一个比较器和一个逻辑电路。

电容阵列通过比较器被连续地充电和放电,直到电压达到比较器的阈值。

然后逻辑电路记录电容阵列中的充电和放电过程,并将其转换为数字信号。

闩锁型结构具有较快的速度和较低的功耗,但由于电容的存在,精度和稳定性有一定的限制。

总之,模数转换器是将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号的重要设备。

它的基本原理是通过采样和量化来实现信号的离散化。

常见的结构有逐次逼近型和闩锁型,每种结构都有其优势和限制。

基本知识点概述数模转换器模数转换器

基本知识点概述数模转换器模数转换器

数字电子技术
三、逐次渐近型ADC
数字电子技术
3.双积分型ADC
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数字电子技术
四、ADC的主要技术指标
1.转换精度(用分辨率和转换误差来描述) 分辨率是指引起输出数字量变动一个二进制数码最低 有效位时,输入模拟量的最小变化量。 转换误差通常以相对误差的形式给出,它表示A/D转换 器实际输出的数字量与理想输出数字量之间的差别, 并用最低有效位的倍数表示。 2.转换时间
数字电子技术
基本知识点
D/A、A/D转换器的基本原理 主要D/A、A/D转换器的结构及特点 集成D/A、A/D转换器的使用
数字电子技术
7.1概述
从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换, 或A/D(Analog to Digital)转换,把实现A/D 转换的电路称为A/D转换器; 从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换, 或D/A(Digital to Analog)转换,把实现D/A 转换的电路称为D/A转换器。
转换时间是指完成一次 A/D 转换所需的时间,其倒数又 称为转换速度。
数字电子技术
五、集成模数转换器
1.八位八通道单片A/D逐次比较型转换器 ADC0809
数字电子技术
2.ADC0809主要性能
① 八位逐次比较型A/D转换器,逻辑电平与TTL兼容; ② 有锁存功能的8路模拟量转换开关,可对8路0~5V模 拟量进行分时转换; ③ 输出具有三态锁存/缓冲功能; ④ 分辨率:8位;
并联比较型 直接型 反馈比较型 计数型 A/D转换器 逐次渐近性 间接型 电压时间变换(V-T)型-积分方程 电压频率变换(V-F)型
数字电子技术
二 、 并 行 比 较 型

数模转换和模数转换原理

数模转换和模数转换原理

8.2 数模转换器
四、8位集成DAC0832
1.DAC0832结构框图
LE=1,跟随 =0,锁存
它由一个8位输入寄存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器三大 部分组成,D/A转换器采用了倒T型R-2R电阻网络。
DI7~DI0
ILE
8位 输入 寄存器
LE
&
8位 DAC 寄存器
LE
8位 D/A 转换器
因而uO的变化范围是
2n 1 0~ 2n UREF
权电阻网络D/A转换器的特点 ①优点:结构简单,电阻元件数较少; ②缺点:阻值相差较大,制造工艺复杂。
8.2 数模转换器
2. 倒T型电阻网络D/A转换器 求和点
(MSB)
dn-1
dn-2
数字量输入
d2
(LSB)
d1
d0
Sn-1
Sn-2
S2
S1
S0
RF (R) -A +
第8章 数模和模数转换
8.1 概述 8.2 数模转换器 8.3 模数转换器
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8.1 概述
ADC和DAC的应用:
传感器
(温度、压力、流 量等模拟量)
能够将模拟量转换为
数字量的器件称为模
数转换器,简称A/D转
A/D
换器或ADC。
显示器
计算机
(数字量)
RFB
CS
&
WR1
XFER
&
WR2
UREF IOUT2 IOUT1
Rfb
AGND
VCC
DGND
8.2 数模转换器
2.DAC0832引脚功能
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VREF VA n 2
i D 2 i i 0 n 1
ADI:AD5326(4通道, 12位电阻串型DAC); TI:DAC8534(4通道, 16位电阻串型DAC)。
二、二进制加权型DAC
数位 开关
(LSB)
D0
D1
D2
(MSB)
Rf
D3 I
+
S0 S1
I1
Vo
反相 加法器
S2
模拟、数字控制系统对比
传感器
工业现场
信号调理
执行设备
信号处理
功率放大
模拟控制系统
传感器
信号调理
A/D
微处理器
工业现场
执行设备
功率放大
D/A
数字控制系统
模拟控制系统 适应性 信号处理复杂
数字控制系统 适应性强
可控性
控制精度 后处理
不易改变控制 易改变控制参 参数 数和模型 低 高
数据记录、处 数据记录、处 理很不方便 理方便
注意:在自动控制系统中使用的DAC必须具 有单调性,否则可能使系统在DAC的非单调区 间内来回摆动,形成振荡,不能稳定工作。
[例8.1.2] 一个满量程电压为10V的8位DAC,其 分辨率是多少? 解:分辨率为8位,也可表示为
1 3 3.92 10 8 2 1
±LSB/2
⑵ 稳定时间ts 输入数据变化时,输出模拟量变化到新值 规定误差(±LSB/2)范围的时间。
DAC的主要参数 1、静态参数(误差参数) DAC稳态工作时,输出实际值(V,I) 偏离理想值大小程度。 误差表示方法: ① 1LSB单位表示(如±1LSB、±LSB/2) ② 以%FSR表示(即FSR的百分之一)。 ③ 以ppm表示 即FSR的百万分之一为单位表示。 ④ 以输出的实际误差表示(mV、μV等)
随着电子技术发展,ADC、DAC作为数 字电路与模拟电路联系的桥梁,其应用非常 广泛。下图为数字控制系统的典型框图。
传感器 非 电 模 拟 量 电 压 模 拟 量 执行单元
A A A A’ A’
S S S
ADC ADC ADC ADC ADC
数字控制 或
DAC DAC DAC
U U U U U
计算电路
3、DAC转换速度的选择 根据具体应用系统要求确定合适的转换 速度选择(满足指标要求即可)。
二、DAC的调整
单极性DAC 输出电压 0~FS [VR(1-2-n)] 双极性DAC -FSR/2~FSR/2
输入全0时,调 输入全0时,调整 调整方法 整V =0。 Vo=-FSR/2 ; o 先调零点 输入全1时,调 输入全1时,调整 再调增益 整Vo=FS。 Vo=FSR/2 。
AD567 20V BPL OFF 10V
100Ω W1
+VS 100kΩ -VS
100Ω
Vo 5V~ 5V
20pF
AD567 20V BPL OFF 10V
Vo 0~ 10V
20pF
100Ω W1
REF OUT I0 W2 100Ω REF IN
-A +
2.4kΩ
REF OUT W2 100Ω REF IN
VR

n1
i
I’
双极性输出 Vo 0 t Vo 抵消中间值电流 VR/2 t 双极性
1 VR 2 2 n
I’=VR/2R
-VR /2
单极性
VR 1 2
Dn-1=1
0

n

转换前后对比


AD7524在输入偏移二进制码时的双极 性工作原理图如下。
D Rf Rfb VREF AD7524 IOUT2 IOUT1 R
§8.1 概述 模拟信号(Analog Signal):时间和幅度 均连续变化的信号。 数字信号(Digital Signal):时间和幅度 离散且按一定方式编码后的脉冲信号。
模数转换器:完成模拟到数字信号转换 的器件。简写为ADC或A/D。 数模转换器:完成数字到模拟信号转换 的器件。简写为DAC或D/A。
8、10、12、16等
标称位数
例:某DAC的FSR=10V,要求分辨率不低于 10mV,试确定其位数。(理论分辨率≤实际分辨率)
10000 1 9.96 解: n 3.32 lg 10
≥10位
可选
2、DAC接口特性的选择 输入接口:数字量与逻辑电平匹配情况、编 码制式、输入方式(串/并)等。 输出接口:输出是电压(电流);单(双) 极性;参考电压VR取自内(外)部等。
h) 单调性 DAC的单调性是指当输入数据单调增加时,输 出电压或电流增加或不变。
若输入数据单调增加1LSB时,输出电压或电 流反而减小,则该DAC的特性具有非单调性。 DAC的非单调性是由于各位误差的累积超过 了1LSB造成的 。 如果各点的线性误差均介于 1 LSB 之间或 微分线性误差介于 LSB 之间,则DAC的输出 具有单调性。
2
例: b、c两点的微分线性误差为:
AOUT
4LSB
b c
1 DLE 3LSB 3 LSB 2 1 LSB -1 LSB 2
2LSB
a
O
不具有单调性。
Din
图8.1.11 DAC的微分线性误差
3、DAC的其它主要参数 ⑴ 分辨率 DAC的FSR被2n分割所对应的模拟值。
FSR 分辨率: n 2
A1 +
R VOUT1 2R
21 R
I2
S3
20 R
I3
23 R
2 2 R I0
权阻 电路
V REF
基准 电压
3 VREF V i I I 0 I 1 I 2 I 3 3 D0 2 0 D1 2 1 D2 2 2 D3 2 3 REF D 2 i 3 2 R 2 R i 0 n 1 VREF n1 V R i F I n1 Di 2 i Vo I RF REF D 2 i n1 2 R i 0 2 R i 0
(微机或单片机)
DAC DAC
§8.2 数模转换器DAC
Dn-1 Dn- 2
P(转换系数)

十进 制数
数数数 数D 数
D1 D0
DAC
A PD 数 数 数 数A 数
A PD P D0 2 0 D1 2 1 ... Dn- 2 2 n- 2 Dn-1 2 n-1 P
其余全为0时
I n 2 VR 1 VR 2 4R 2 R
对任意数字量, 由叠加原理,得流入 -端的总电流:
Vo IR VR 2
n
VR I I i Di R i 0n 1
i 0
n 1
Di 2 i n
D
优点:开关切换时 无电位变化,可提高 切换速率。
§ 8.2.2 DAC的主要参数 ①满量程(FS):单极性DAC输入全“1”时 输出的模拟值。 ② 满量程范围(FSR): DAC输出模拟量 最小值到最大值的范围。单极性FSR=FS。 ③ 最高有效位(MSB)、最低有效位(LSB) 具有最高(最低)权重数位或其为“1”而 其余位全“0” 时,对应输出的模拟值。 LSB MSB Dn-1 Dn-2 …... D1 D0 VFSR 2 n
DAC数 数 数 AD7524
OUT1 1 OUT2 2 GND 3
16 R F 15 UREF 14 UDD 13 WR 12 CS 11 D 0 10 D 1 9 D2
UDD =+12V
4 5 14 15
D7 D6 5
4 8D 锁 存 器
6 7 8 9 10 D1 D 11
0
R-2R 倒 T 形 电 阻 网 络
I VR 2n R
n 1 i 0

Di 2 i
VR Vo n 2 单极性工作
输入全0 Dn-1=1,其余全0
i D 2 i i 0
n1
Vo=0
Vo=-VR/2
输入全1 Vo=-VR(1-2-n)
若使中间电压为零,即得双极性输出电压。
VR IR n Di 2 2R 2 R i 0


权电阻网络优点:结构简单;缺点:阻 值相差较大,集成时难保证电阻精度 。 4位的权电流网络DAC电路
(LSB)
d0
d1
d2
(MSB)
d3 I
Rf
+
I/8 I/4 I/2 I
Vo
权电阻网络优点:结构简单;缺点:阻 值相差较大,集成时难保证电阻精度数位开关 。 三、倒梯形R-2R网络DAC Di=1 接D1 D2
决定系 数电路 数位开关 “1” 或 “0” 数字位 权重电路

D 2
n 1 i 0 i
i
相加电路
§8.2.1 几种DAC的工作原理
一、Kelvin分压器
VREF
R R R R R R R R 控制开关 模拟 信号 输出 3线-8线 译码器 3 位 数 据 输 入
称为电阻串联型 DAC,由2n个等值电 阻器组成。
d)增益温度系数
指单位温度变化时,DAC输出特性曲线斜 率的漂移量。用满量程的10-6/℃ 表示。
OUT 4 3 2
1 漂移 O Din
图8.1.9 DAC的零点和增益温度漂移
e)积分非线性 实际输出与理想输出特性曲线之间的差值。
f)微分线性误差
任意两个相邻输入数据所对应的输出差值与 1LSB之差,称为该点的微分线性误差(DLE)。 • 积分非线性反映的是实际输出特性的整体线 性度,即与理想输出特性的偏离程度; • 微分线性误差反映了线性误差在整个输出特 性中的分布。
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