第9章 数模和模数转换PPT讲稿.ppt

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1、第9章 数模和模数转换第1页，共22页，编辑于2022年，星期一9.1 9.1 数模转换电路数模转换电路数模转换电路数模转换电路9.1.1 数模转换关系数模转换关系输入数字量为输入数字量为 n 位二进制数位二进制数 X，即：，即：转换关系：转换关系：VO=k X (k为比例常数为比例常数)输入数字量输入数字量输出离散模拟量输出离散模拟量第2页，共22页，编辑于2022年，星期一 令令X=2n 时，时，V0=Vref，则，则 k=Vref /2n 因此有因此有令令Vref=1，称为归一化表示。模拟量的最大输出为，称为归一化表示。模拟量的最大输出为(X的的最大值为的的最大值为2n-1)称称 FSR

2、 为满刻度值，为满刻度值，LSB 称为最低有效位。称为最低有效位。【例】【例】n=3，取，取Vref=1，则，则 LSB=1/8，FSR=7/8。n 越大，越大，V0 就越接近连续就越接近连续第3页，共22页，编辑于2022年，星期一9.1.2 9.1.2 权电阻网络权电阻网络权电阻网络权电阻网络DACDAC其中取其中取，取值为取值为0或或1。第4页，共22页，编辑于2022年，星期一9.1.3 R-2R T9.1.3 R-2R T形电阻网络形电阻网络形电阻网络形电阻网络DAC DAC 第5页，共22页，编辑于2022年，星期一(1)(1)当当当当 x3 3 =x x2 2 =0,=0,x x

3、1 1 =1=1 时时时时电路等效为电路等效为(2)当当 x3=x1=0,x2=1 时时电路等效为电路等效为第6页，共22页，编辑于2022年，星期一(3)(3)当当当当 x x2 2 =x x1 1 =0,=0,x x3 3=1=1 时时时时电路等效为电路等效为(5)当当x3、x2、x1、任意设置、任意设置 时，电路等效为时，电路等效为第7页，共22页，编辑于2022年，星期一根据电路迭加原理根据电路迭加原理根据电路迭加原理根据电路迭加原理当当时，时，第8页，共22页，编辑于2022年，星期一9.1.4 9.1.4 R-2RR-2R倒梯形倒梯形倒梯形倒梯形DACDAC 从每个节点从每个节点(

4、ABC)向右看，等效电阻都是向右看，等效电阻都是2R。因此每过。因此每过一个节点，电流减小一半。一个节点，电流减小一半。即有：即有：第9页，共22页，编辑于2022年，星期一9.3 9.3 A/DA/D转换转换转换转换输入模拟量，输出数字量输入模拟量，输出数字量转换关系：转换关系：i=0,1,2,n-1.称为量化误差称为量化误差 第10页，共22页，编辑于2022年，星期一9.3.1 ADC的工作过程的工作过程1.采样与保持采样与保持 采样：按一定的时间间隔取信号一瞬间的值。采样：按一定的时间间隔取信号一瞬间的值。为采样时间为采样时间TS 为采样周期为采样周期采样频率采样频率输入信号输入信号采

5、样脉冲采样脉冲采样信号采样信号第11页，共22页，编辑于2022年，星期一保持：保持：保持：保持：将采样的信号保持一段时间。将采样的信号保持一段时间。采样信号采样信号采样保持信号采样保持信号采样定理：当采样定理：当 f S2 fi max 时时 采样信号可以地还原出原来的输入信号采样信号可以地还原出原来的输入信号 VinTS 为保持时间为保持时间第12页，共22页，编辑于2022年，星期一采样保持电路采样保持电路采样保持电路采样保持电路 在采样期间在采样期间 T 导通，导通，Vin 使使C充放电，充放电，VC 迅速与迅速与 Vin 相同。相同。在在 T 截止后的短时间内，截止后的短时间内，C上

6、的电荷无处泄放，使上的电荷无处泄放，使 VC 保持。保持。VC 保持则保持则 VO 保持。保持。第13页，共22页，编辑于2022年，星期一2.2.量化与编码量化与编码量化与编码量化与编码将采样保持输出的二进制离散信号转变成数码信号。将采样保持输出的二进制离散信号转变成数码信号。在保持时间内要完成一次转换。在保持时间内要完成一次转换。转换输出码率：单位时间转换输出的数码长度。转换输出码率：单位时间转换输出的数码长度。例：最高声音频率为例：最高声音频率为 20KHz，对高保真的转换，采样频率用，对高保真的转换，采样频率用44.1KHz，一次转换为，一次转换为 16bit。则输出码率为。则输出码率

7、为 705.6Kb ps。即。即 86KByte ps。每分钟。每分钟 5.245MByte ps，如果是立体声，则为，如果是立体声，则为 10.5MByte ps。用普通光盘可以存储约。用普通光盘可以存储约 60 分钟。分钟。普通电视图象信号，最高频率达普通电视图象信号，最高频率达 5.5MHz，用，用 24位真彩色，位真彩色，采样频率用采样频率用 11MHz，则转换输出码率为，则转换输出码率为 264Mb ps，即，即 31.47MByte ps。用普通光盘可以存储约。用普通光盘可以存储约 20秒种。秒种。利用压缩技术，利用压缩技术，VCD 的视频和音频降可到的视频和音频降可到 1.5Mb

8、 ps。第14页，共22页，编辑于2022年，星期一9.3.2 9.3.2 并行比较并行比较并行比较并行比较ADCADC 编码后输出编码后输出 3 位二进制数位二进制数 如果转换输出如果转换输出 8 位，将需要位，将需要255个比较器个比较器1、有舍有入并行比、有舍有入并行比较较ADC第15页，共22页，编辑于2022年，星期一2 2、只舍不入并行比较、只舍不入并行比较、只舍不入并行比较、只舍不入并行比较ADCADC第16页，共22页，编辑于2022年，星期一9.3.3 9.3.3 并并并并/串型串型串型串型ADCADC8 位位ADC其中其中第17页，共22页，编辑于2022年，星期一9.3.

9、4 9.3.4 逐次比较逐次比较逐次比较逐次比较ADCADC 将模拟量与逐次逼近的基准电压不断比较，从高位到低位将模拟量与逐次逼近的基准电压不断比较，从高位到低位逐渐地产生对应的数字代码。逐渐地产生对应的数字代码。（1）转换原理）转换原理第18页，共22页，编辑于2022年，星期一（2 2）实际电路原理）实际电路原理）实际电路原理）实际电路原理C1有有1个比较电压个比较电压C2有有2个比较电压个比较电压C3有有4个比较电压个比较电压C4有有8个比较电压个比较电压根据高位情况确定比较电压根据高位情况确定比较电压寄存器在寄存器在CP控制下如下变化：控制下如下变化：1 0 0 0X1 1 0 0X1

10、X2 1 0X1X2X3 1X1X2X3X4 输出输出第19页，共22页，编辑于2022年，星期一9.3.59.3.5双积分式双积分式双积分式双积分式ADCADC输入电压决定斜率输入电压决定斜率第20页，共22页，编辑于2022年，星期一1 1、输入积分、输入积分、输入积分、输入积分此间此间Vo 0，A2 输出输出“1”。门。门 G 打开，计数器从打开，计数器从0开始计数。开始计数。当当T1=2n TCP时，计数器满值，进位信号通过时，计数器满值，进位信号通过“控制开关控制开关”使使 S 转接到转接到 Vref 端。因此端。因此 T1为常数。为常数。S 接输入信号接输入信号Vin即即|Vo|Vin TCP是计数器时钟脉冲周期是计数器时钟脉冲周期第21页，共22页，编辑于2022年，星期一2 2、参考积分、参考积分、参考积分、参考积分S 接参考电压接参考电压Vref当当Vo0 后，后，A2 输出输出“0”。门。门 G 关闭，计数器停止计数。关闭，计数器停止计数。令令Vo=0 则得到则得到计数器输出为计数器输出为第22页，共22页，编辑于2022年，星期一