模数转换器基本原理及常见结构课件.ppt

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1、本次课内容1、数模和模数转换器基本概念；2、DAC的转换原理；3、DAC基本术语、主要性能参数；4、数模转换器的基本应用。第8章　数模和模数转换器§8.1　概述模拟信号(AnalogSignal)：时间和幅度均连续变化的信号。数字信号(DigitalSignal)：时间和幅度离散且按一定方式编码后的脉冲信号。模数转换器：完成模拟到数字信号转换的器件。简写为ADC或A/D。数模转换器：完成数字到模拟信号转换的器件。简写为DAC或D/A。模拟、数字控制系统对比传感器信号调理A/DD/A执行设备微处理器功率放大数字控制系统工业现场传感器信号调理信号处理功率放大执行设备模拟控制系

2、统工业现场模拟控制系统数字控制系统适应性信号处理复杂适应性强可控性不易改变控制参数易改变控制参数和模型控制精度低高后处理数据记录、处理很不方便数据记录、处理方便随着电子技术发展，ADC、DAC作为数字电路与模拟电路联系的桥梁，其应用非常广泛。下图为数字控制系统的典型框图。§8.2数模转换器DAC十进制数P(转换系数)决定系数电路数位开关“1”或“0”数字位权重电路相加电路§8.2.1几种DAC的工作原理一、Kelvin分压器称为电阻串联型DAC，由2n个等值电阻器组成。ADI：AD5326（4通道，12位电阻串型DAC）；TI：DAC8534（4通道，16位电阻串型DAC

3、）。二、二进制加权型DAC权阻电路数位开关反相加法器基准电压4位的权电流网络DAC电路权电阻网络优点：结构简单；缺点：阻值相差较大，集成时难保证电阻精度。三、倒梯形R-2R网络DAC权电阻网络优点：结构简单；缺点：阻值相差较大，集成时难保证电阻精度。数位开关Di=1接-Di=0接+其余全为0时当Di=“1”当Dn-2=“1”当Dn-1=“1”对任意数字量，由叠加原理，得流入-端的总电流：优点：开关切换时无电位变化，可提高切换速率。①满量程(FS)：单极性DAC输入全“1”时输出的模拟值。②满量程范围(FSR)：DAC输出模拟量最小值到最大值的范围。单极性FSR=FS。③最

4、高有效位(MSB)、最低有效位(LSB)具有最高（最低）权重数位或其为“1”而其余位全“0”时，对应输出的模拟值。Dn-1Dn-2…...D1D0MSBLSB§8.2.2DAC的主要参数1、静态参数（误差参数）DAC稳态工作时，输出实际值（V，I）偏离理想值大小程度。误差表示方法：DAC的主要参数①1LSB单位表示（如±1LSB、±LSB/2）②以%FSR表示（即FSR的百分之一）。③以ppm表示即FSR的百万分之一为单位表示。④以输出的实际误差表示（mV、μV等）例题：某DAC数字位n=12，FSR=10V。试用四种误差表示其最低位产生的误差。则最低位产生的误差如下：±

5、1LSB；±0.0244%FSR；±244ppm；±2.44mV。12个数字位能表示的十进制数：最低位表示的模拟值为：2、转换误差零点（失调）误差输入数字量D为0，输出模拟量A不为零。b）零点(失调)温度系数漂移4321DinOUTO图8.1.9DAC的零点和增益温度漂移单位温度变化时，DAC输出零点产生的漂移量。c）增益误差实际输出特性曲线斜率与理想输出特性曲线斜率之比:A实际/A理想。d）增益温度系数漂移4321DinOUTO图8.1.9DAC的零点和增益温度漂移指单位温度变化时，DAC输出特性曲线斜率的漂移量。用满量程的10-6/℃表示。e）积分非线性实际输出与理想

6、输出特性曲线之间的差值。f）微分线性误差任意两个相邻输入数据所对应的输出差值与1LSB之差，称为该点的微分线性误差(DLE)。积分非线性反映的是实际输出特性的整体线性度，即与理想输出特性的偏离程度;微分线性误差反映了线性误差在整个输出特性中的分布。ODinAOUT2LSB4LSBabc图8.1.11DAC的微分线性误差下图中，a、b两点的微分线性误差为:g)微分线性误差温度系数单位温度变化所引起的DAC微分线性误差的变化量称为微分线性误差温度系数。该参数可用于估算在工作温度范围内，DAC能否保持单调性。h)单调性DAC的单调性是指当输入数据单调增加时，输出电压或电流增加或

7、不变。若输入数据单调增加1LSB时，输出电压或电流反而减小，则该DAC的特性具有非单调性。DAC的非单调性是由于各位误差的累积超过了1LSB造成的。之间或如果各点的线性误差均介于微分线性误差介于之间，则DAC的输出具有单调性。例:b、c两点的微分线性误差为：不具有单调性。ODinAOUT2LSB4LSBbc图8.1.11DAC的微分线性误差a3、DAC的其它主要参数⑴分辨率DAC的FSR被2n分割所对应的模拟值。注意：在自动控制系统中使用的DAC必须具有单调性，否则可能使系统在DAC的非单调区间内来回摆动，形成振荡，不能稳定工