1、数字电子技术基础 第10章数 模转换和模 数转换 2 10 1概述 自然界中广泛存在的物理量都是模拟量 但随着数字电子技术的发展 很多领域都使用数字技术来处理模拟信号 典型数字系统结构 如数字调焦系统 光学镜头 摄像头 算法处理 焦距调整电路 3 10 2数 模转换器 DAC D A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号 以电压或电流的形式输出 输出模拟电压U和输入数字量D之间存在正比关系 U KD MSB LSB 4 10 2 2D A转换器主要电路形式 D A转换器一般结构 5 权电阻网络D A转换器 数据锁存器 暂时存放数字输入信号 集成运算放大器 将电流转换为电压输出 开关Si受
2、Di控制 Di 1时Si与UR接通 Di 0时Si接地 权电阻Ri阻值选择标准 Ri 2n 1 iR 使各支路电流Ii与Di权值成正比 6 权电阻网络D A转换器 续 7 R 2R倒T型电阻网络D A转换器 倒T型电阻网络D A转换器 集成运算放大器 将电流转换为电压输出 反相输入端虚地 开关Si无论在任何位置 电阻2R总是接地 从UR方向向左看过去AA BB CC DD每个端口的等效电阻都是R 流过2R电阻上的电流不随开关Si位置变化而变化 是恒流 开关Si控制2R上电流是否流入运算放大器 8 R 2R倒T型电阻网络D A转换器 续 9 10 3模 数转换器 ADC A D转换是将模拟信号转
3、换为数字信号 A D转换过程一般包括采样 保持 量化和编码四个过程 10 采样 采样是将时间上连续变化的信号转化为时间上离散的信号 将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲 脉冲幅度取决于物理量 根据采样定理 如果采样频率fs和模拟信号的最高频率fmax满足如下关系 fs 2fmax则模拟信号经处理后可以不失真的恢复 11 保持 模拟信号经采样后 在下一个采样脉冲到来前 要保持现有的样值幅度 以方便转换 V管实现采样 电容C完成保持功能 运放为跟随器 起缓冲隔离作用 12 量化和编码 输入模拟电压在采样和保持后变为阶梯波 阶梯波幅度仍是一个连续取值的模拟量 将采样后的样值映射到与之接近
4、的离散电平上 即为量化 用二进制数码来表示各量化电平的过程称为编码 量化电平之间的差值 量化间隔 和量化的取舍方法决定了量化值 13 10 3 2A D转换器的主要电路形式 14 计数斜波式A D转换器 二进制计数器计数 数值通过D A转换器转换对应的电压UR 与输入电压Ui进行比较 当UR Ui时停止计数 输出对应数值 15 逐次逼近式A D转换器 8 1000 11 1011 12 1100 10 1010 11 1011 逐位逼近寄存器 SAR 从最高位开始 逐位确定各位数码是1还是0 并将对应数制通过D A转换器转换后与输入电压比较 直到Uo Ui 16 并联比较型A D转换器 将参考电压通过电阻分压器分为多个等级 如 1 16UR 3 16UR 13 16UR 分别与输入电压值进行比较 得出大小关系 1或0 再经编码器编码后即可得到对应数值 17 END
