Ch8模拟量的输入输出解释.pptVIP

由T型电阻网络和运算放大器构成的D/A转换器 T型电阻网络中，节点D的右边为两个2R的电阻并联，它们的等效电阻为R，几点C右边也是两个2R的电阻并联，结果等效电阻也是R… …，以此类推，最后，在A点等效于一个数值为R的电阻连在参考电压VREF上。这样各点的电压分别为: Va= VREF， Vb= VREF /2， Vc= VREF /4， Vd= VREF /8 当开关接通Iout1时，各点的电流为： I0 = Vd/2R，I1 = Vc/2R ,I2 = Vb/2R, I3 = Va/2R 根据线性电路的叠加原理，输出电流Iout1就是： Iout1 = I0 + I1 + I2 + I3 = (VREF /2R)*(1/8+1/4+1/2+1) 然后通过运算放大器的反相输出，得到电压输出Vout=- Iout1 ×Rfb。令Rfb =R，则： Vout = －VREF * [(20+21+22+23)/24] 将上述电路推广到n位转换器，则有： Vout=[(20*D0+21*D1+22*D2+…+2n-1*Dn-1)/2n]* VREF 其中D0~Dn-1 表示相应的二进制位。 采样保持电路（S/H） 由MOS管采样开关T、保持电容Ch和运放构成的跟随器三部分组成。 采样控制信号S(t)=1时，T导通，Vin向Ch充电，Vc和Vout跟 踪Vin变化，即对Vin采样。S(t)=0时，T截止，Vout将保持前一 瞬间采样的数值不变。 ＋ － Ch T Vout Vin 采样控制 S(t) 采样保持电路的波形 Vin S(t) Vout 进行A/D转换时所用的输入电压，就是对保持下来的采样电压（每次采样结束时的输入电压）进行转换。 采样周期的确定 采样通常采用等时间间隔采样。 采样频率fs不能低于2fimax（fimax为输入信号Vin的最高次谐波分量的频率）； fs的上限受计算机的速度、存储容量、器件速度的限制。 实际中一般取fs为fimax的4-5倍。 2) 量化和编码 量化就是用基本的量化电平的个数来表示采样到模拟电压值。即把时间上离散而数值上连续的模拟量以一定的准确度变换为时间上、数值上都离散的具有标准量化级的等效数字值。（量化电平的大小取决于A/D变换器的字长） 只有当电压值正好等于量化电平的整数倍时，量化后才是准确值，否则量化后的结果都只能是输入模似量的近似值。这种由于量化而产生的误差叫做量化误差。量化误差是由于量化电平的有限性造成的，所以它是原理性误差，只能减小，而无法消除。为减小量化误差，根本的办法是减小量化电平（即增加字长）。 编码是把已经量化的模拟数值(它一定是量化电平的整数倍)用二进制码、BCD码或其它码来表示。 A/D转换器的分类 根据A/D转换原理和特点的不同，可把ADC分成两大类：直接ADC和间接ADC。 直接ADC是将模拟电压直接转换成数字量，常用的有： 逐次逼近式ADC、计数式ADC、并行转换式ADC等。 间接ADC是将模拟电压先转换成中间量，如脉冲周期T、脉冲频率f、脉冲宽度τ等，再将中间量变成数字量。常见的有： 单积分式ADC、双积分式ADC，V/F转换式ADC等。 各种ADC的优缺点 计数式ADC：最简单，但转换速度最慢。 并行转换式ADC：速度最快，但成本最高。 逐次逼近式ADC：转换速度和精度都比较高，且比较简单，价格低，所以在微型机应用系统中最常用。 双积分式ADC：转换精度高，抗干扰能力强，但转换速度慢，一般应用在精度高而速度不高的场合，如测量仪表。 V/F转换式ADC：在转换线性度、精度、抗干扰能力等方面有独特的优点，且接口简单、占用计算机资源少，缺点也是转换速度慢。在一些输出信号动态范围较大或传输距离较远的低速过程的模拟输入通道中应用较为广泛。 1 工作原理及技术指标 逐次逼近型A/D转换器 结构：由D/A转换器、比较器和逐次逼近寄存器SAR组成。见P331页图。 Vi - + 逐次逼近寄存器 D/A转换器 Vc 比较器 数字量输出 控制电路 模拟量输入 工作原理 类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼近被称物体。 例如： 用8个砝码20g，21g，…，27g，可以称出1～255g之 间的物体。现有一物体，用砝码称出其重量（假定重量为176g）。 1）ADC从高到低逐次给SAR的每一位“置1”（即加上不同权重的砝码），SAR相当于放法码的称盘； 2）每次SAR中的数据经D/A转换为电压VC ； 3）VC与输入电压Vi比较，若VC≤Vi，保持当前位的‘1’，否则当前位‘置0’； 4）从高到低逐次比较下去，直到SAR的每一位都尝试完； 5）SAR内的数据就是与Vi相对应的2进制数。 主要技