文档介绍：第十一章模/ 数转换器与数/ 模转换器
计算机系统是一个数字系统、离散系统,而我们生
活的外部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够了
解外部世界,对外部事物进行处理,就必须有一个将模
拟量转换为数字量,将数字量转换为模拟量的接口,这
就是常说的 A/D和 D/A。
虽然模拟量是无限可分的、连续的,数字量是离散
的,数字量永远也不能精确地描述模拟量,但由于我们
对客观世界的了解、描述并不总需要极高的精度,所以
选择适当精度的数字量来描述模拟量是完全够用的。
本章将简单介绍D/A转换器和A/D转换器的几种主要
形式。
第一节数/ 模转换器( Digital / Analog Converter)
D/A转换器的作用是将数字量转换为相应的模拟量。
例如:对于0 ~ 5V的直流电压,计算机用8位数字量来描
述时:最小值(00000000)B = 0对应0V,
最大值(11111111)B = 255 对应 5V,
中间值(01111111)B = 127 对应2. 5V 等等。
D/A的任务是接收到一个数字量后,给出一个相应的
电压。比如收到(00111111)B , 的
电压。
一、D/A转换电路
要实现D/A转换,有很多种电路形式,下面我们介绍几种。
1、权电阻D/A转换器
自然二进制数字每位的权重是不同的(2n),对整个
数值大小的影响也是不同的。权电阻D/A 将这种权重的不
同,对应成电阻阻值的不同,从而实现数/ 模转换。
电阻种类多,比例严格
2、R-2R T型 D/A转换器(电阻较多,延迟、尖峰)
前一种方法电阻种类太多,数值还要准确,现在我
们介绍的D/A只需要两种阻值的电阻,制作起来会容易些。
3、R-2R 倒 T型电阻网络D/A
这是一种常用的D/A电路,其特点是各支路电流直接
流入运放,无延迟,且无论数值如何变化,总电流不变。
没有尖峰电流。开关接左接右都是接地,支路电流不变。
二、D/A转换器的主要技术指标
转换精度和转换速度是D/A的两个主要指标。
1、D/A转换器的转换精度
关于精度有两个概念:
分辨率:指转换器理论上可以达到的精度。
通常用所用二进制的位数表示,如:
8位、10位、12位等。
也可以用最小非零值与最大值之比表示:
如10位D/A的分辨率为:
1 / ( 210-1)= 即约千分之一。
转换误差:D/A转换器实际能够达到的转换精度。
由于参考电压VREF的波动、运放的零点漂移、线路
上的导通电阻和导通压降、电阻网络的阻值误差,实际
的精度要低于分辨率。
转换误差常以最低有效位对应电压值(LSB)作参
考,表示为 1/2LSB、1LSB ,其中 1LSB 表示误差大
小与000.....0001对应的输出值相等。1/2LSB则为其值的
一半。
转换误差也可以用它相当于满度输出值的百分比来
表示。误差值
转换误差= ————————* 100%
满度输出值
误差值=输入满刻度数字量时的输出—理论满度值
2、D/A转换器的转换速度
手册中通常给出建立时间 ts这一指标,它表示在最恶
劣情况下(输入从全0变为全1,或从全1变为全0),输
出达到某一接近程度(%)所需要的时间。
通常建立时间在100 ns ~几十s之间,有的厂家给出
的高速D/A指标可达1 ns一下,一般100ns就算转换速度比
较快了。
第二节模/ 数转换器(A/D)
A/D的作用是将模拟信号转换为相应的数值,在这个
过程中,肯定会有损失、
有失真,因为在这一过
程中,要经历对时间的
离散化——采样、对幅
度的离散化——量化。
为了保证采样时输入电
压的稳定,有时要用采
样保持器(简称采保)。
最后对量化的结果(最
小单位的倍数)进行编
码——输出数据。
一、A/D转换器电路
A/D转换器从转换方式上,可分为两大类:
间接法——先将模拟输入信号转换成时间T或频率F,
然后再将中间量T或F转换为数字量。
特点:转换速度慢,精度可以做得较高,抗干扰能
力强。例如数字万用表中的A/D芯片就是双积分型的。
直接法——用输入电压与芯片内部的标准电压比较,
找到与之最接近的标准电压,将标准电压对应的数字量
赋予该输入信号。(显然该标准电压是受一个数字量控
制的,由片内D/A产生,书中称2n个量化级电压。)
特点:转换速度快,精度、抗干扰能力不如间接法。