第10章数-模和模-数转换电路讲义.ppt

显然，取样过程是一个充电过程，且 Ri越小，充电时间越短，取样频率可以越高；在充电过程中，电路的输入电阻为Ri，为使电路从信号源索取的电流小些，则要求输入电阻大；因此取样速度与输入阻抗产生了矛盾。下面介绍在图10-12所示电路基础上改进而得的电路，如图10-13所示。A1和A2是两个运放，取样控制信号uL通过驱动电路L控制开关S。uL = 1时，开关S闭合。A1和A2工作在单位增益的电压跟随状态，则ui = uo/ = uC = uo；uL = 0时，开关S断开。由于电容C没有放电回路，uC保持ui不变，所以输出uo也保持ui不变。 图10-13 开关S断开，电路处于保持阶段，如果ui变化，uo/可能变化非常大，甚至会超过开关电路能够承受的电压，因此用二极管D1、D2构成保护电路。当uo/比保持电压uo高（或低）一个二极管的压降UD时，D1（或D2）导通，从而使uo/ = uo + UD（或uo/ = uo - UD）。在开关S闭合时uo/ = uo，所以D1和D2不导通，保护电路不起作用。 由于电路在取样开关与输入信号之间加一级运放A1，提高了输入阻抗。同时由于运放A1输出阻抗小，使电容充、放电过程加快，从而提高了取样速度。 10.2.3 逐次渐近型A/D转换器 逐次渐近型A/D转换器是直接型A/D转换器，也是目前集成A/D转换器产品中用得最多的一种电路。其转换过程类似于天平称物的过程，天平的一端放物M，一端放砝码。用天平将各种质量的砝码按一定规律与M进行比较、取舍，直到天平基本平衡，这时天平托盘中砝码的质量之和就表示M的质量。 图10-14所示是逐次渐近型A/D转 换器的原理框图。它由比较器、n位D/A转换器、n位寄存器、控制电路、输出电路、时钟信号CP以及参考电压源等组成。输入为ui，输出为n位二进制代码。 图10-14 转换开始之前将寄存器清零（dn-1d n-2…d1 d0 = 00…00）。开始转换时，控制电路先将寄存器的最高位置1（dn-1 = 1），其余位全为0，使寄存器输出为（dn-1d n-2…d1 d0 = 1…00），这组数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uX后通过电压比较器与ui进行比较。若ui＞uX，说明寄存器中的数字不够大，则将这一位的1保留；若ui＜uX，说明寄存器中的数字太，则将这一位的1清除，从而决定了dn-1的值。然后将次高位置1（dn-2= 1），再通过D/A转换器将此时寄存器的输出（dn-1d n-2…d1 d0 = dn-1 1…00）转换成相应的模拟电压uX，通过uX与ui比较决定d n-2的取值。依此类推，逐位比较，一直到最低位为止。 * * 第10章 数-模和模-数转换电路 【本章内容提要】 D/A转换器的工作原理、技术指标及集成DAC0832； A/D转换过程中的取样、保持、量化与编码； 逐次渐近型A/D转换器的工作原理； 双积分型A/D转换器的原理； 集成ADC0809简介。 本章内容提要 重点： （1）D/A转换器的结构、转换原理和性能指标； （2）A/D转化器的结构、转换原理和性能指标； （3）集成D/A和A/D转化器。 难点： （1） D/A转换器性能指标的物理意义； （2） A/D转换过程中的量化方法及量化误差； （3） 双积分型A/D转化器工作原理的分析。 实际应用中数字与模拟信号的转换：数字系统，特别是计算机的应用范围越来越广，它们处理的都是不连续的0、1数字信号，处理后的结果也是数字信号。然而实际所遇到的许多物理量，如语音、温度、压力、流量、亮度、速度等都是在数值和时间上连续变化的模拟量，这些物理量经传感器转换后的电压或电流也是连续变化的模拟信号，这些模拟信号不能直接送入数字系统处理，需要把它们先转换成相应的数字信号，然后才能输入数字系统进行处理。处理后的数字信息也必须先转换成电模拟量，送到执行元件中才能对控制对象实行实时控制，进行必要的调整。这一过程如图10-1所示。 图10-1 缩写的含义：图中，A/D转换器简称ADC（Analog to Digital Converter），就是把输入的模拟量转换成数字量的接口电路，而D/A转换器简称DAC（Digital to Analog Converter），就是把输入的数字量转换成模拟量（电压或电流）输出的接口电路。它们都是数字系统中必不可少的组成部分。 10.1 D/A转换器 10.1.1 权电阻网络D/A转换器 图10-3所示是4位权电阻网络D/A转换器的原理图，它由权电阻网络、4个