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啥是ADC和DAC

2017-03-30 10:27分类:电工考证知识 阅读:

 

ADC是Analog-to-Digital Converter的缩写,指仿照/数字改换器。咱们常用的仿照信号,如温度、压力、电流等,假定需求改换成更简略贮存、处理的数字方法,用模/数改换器就能够完毕这个功用。

  ADC将仿照输入信号改换成数字信号的电路或器材。模数改换器的实例有逐次迫临ADC,电压-频率(V/F)改换器,双斜率ADC和高速闪耀ADC。模数改换器也称为数字化仪。

A/D改换的效果是将时刻接连、幅值也接连的仿照突改换为时刻离散、幅值也离散的数字信号,因而,A/D改换通常要通过取样、坚持、量化及编码4个进程。在实习电路中,这些进程有的是兼并进行的,例如,取样和坚持,量化和编码通常都是在改换进程中一同完毕的。

取样和坚持  
取样是将随时刻接连改动的仿照突改换为时刻离散的仿照量。取样进程暗示图如图1所示。图(a)为取样电路构造,其间,传输门受取样信号S(t)操控,在S(t)的脉宽τ时期,传输门导通,输出信号vO(t)为输入信号v1,而在(Ts-τ)时期,传输门封闭,输出信号vO(t)=0。电路中各信号波形如图(b)所示。

图1 取样电路构造(a)


图1 取样电路中的信号波形(b)
通过剖析能够看到,取样信号S(t)的频率愈高,所获得信号经低通滤波器后愈能实在地复现输入信号。但带来的疑问是数据量增大,为保证有适合的取样频率,它有必要满意取样定理。
取样定理:设取样信号S(t)的频率为fs,输入仿照信号v1(t)的最高频率重量的频率为fimax,则fs与fimax有必要满意下面的联络fs≥2fimax,工程上通常取fs>(3~5)fimax。
将取样电路每次获得的仿照信号改换为数字信号都需求必守时刻,为了给后续的量化编码进程供给一个安稳值,每次获得的仿照信号有必要通过坚持电路坚持一段时刻。  
取样与坚持进程通常是通过取样-坚持电路一同完毕的。取样-坚持电路的原理图及输出波形如图2所示。

图2 取样-坚持电路原理图

图2 取样-坚持电路波形图
电路由输入拓宽器A1、输出拓宽器A2、坚持电容CH和开关驱动电路构成。电路中恳求A1具有很高的输入阻抗,以削减对输入信号源的影响。为使坚持时期CH上所存电荷不易泄放,A2也应具有较高输入阻抗,A2还应具有低的输出阻抗,这么可早年进电路的带负载才调。通常还恳求电路中AV1·AV2=1。
现联络图2来剖析取样-坚持电路的作业原理。在t=t0时,开关S闭合,电容被活络充电,因为AV1·AV2=1,因而v0=vI,在t0~t1时刻间隔内是取样时期。在t=t1时刻S断开。若A2的输入阻抗为无量大、S为志向开关,这么能够为电容CH没有放电回路,其两头电压坚持为v0不变,图2(b)中t1到t2的平整段,即是坚持时期。
取样-坚持电路以由多品种型的单片集成电路商品。如双极型技能的有AD585、AD684;混合型技能的有AD1154、SHC76等。

量化与编码
数字信号不只在时刻上是离散的,并且在幅值上也是不接连的。任何一个数字量的巨细只能是某个规矩的最小数量单位的整数倍。为将仿照信号改换为数字量,在A/D改换进程中,还有必要将取样-坚持电路的输出电压,按某种近似方法归化到相应的离散电平上,这一转化进程称为数值量化,简称量化。量化后的数值终究还需通过编码进程用一个代码标明出来。经编码后得到的代码即是A/D改换器输出的数字量。
量化进程中所取最小数量单位称为量化单位,用△标明。它是数字信号最低位为1时所对应的仿照量,即1LSB。
在量化进程中,因为取样电压不用定能被△整除,所以量化前后不行避免地存在差错,此差错称之为量化差错,用ε标明。量化差错属原理差错,它是无法消除的。A/D 改换器的位数越多,各离散电平之间的差值越小,量化差错越小。
量化进程常选用两种近似量化方法:只舍不入量化方法和四舍五入的量化方法。
1.只舍不入量化方法
以3位A/D改换器为例,设输入信号v1的改动方案为0~8V,选用只舍不入量化方法时,取△=1V,量化中短少数化单位有些扔掉,如数值在0~1V之间的仿照电压都当作0△,用二进制数000标明,而数值在1~2V之间的仿照电压都当作1△,用二进制数001标明……这种量化方法的最大差错为△。
2.四舍五入量化方法 
如选用四舍五入量化方法,则取量化单位△=8V/15,量化进程将短少半个量化单位有些扔掉,关于等于或大于半个量化单位有些按一个量化单位处理。它将数值在0~8V/15之间的仿照电压都当作0△对待,用二进制000标明,而数值在8V/15~24V/15之间的仿照电压均当作1△,用二进制数001标明等。
3.比照
选用前一种只舍不入量化方法最许多化差错│εmax│=1LSB,而选用后一种有舍有入量化方法│εmax│=1LSB/2,后者量化差错比前者小,故为大都A/D改换器所选用。
A/D改换器的品种许多,按其作业原理纷歧样分为直接A/D改换器和直接A/D改换器两类。直接A/D改换器可将仿照信号直接改换为数字信号,这类A/D改换用具有较快的改换速度,其典型电路有并行比照型A/D改换器、逐次比照型A/D改换器。而直接A/D改换器则是先将仿照信号改换成某一基地电量(时刻或频率),然后再将基地电突改换为数字量输出。此类A/D改换器的速度较慢,典型电路是双积分型A/D改换器、电压频率改换型A/D改换器。
DAC是Digital-to-Analog Converter的缩写,指数字/仿照改换器。数字量是用代码按数位组合起来标明的,关于有权码,每位代码都有必定的位权。为了将数字突改换成仿照量,有必要将每1位的代码按其位权的巨细改换成相应的仿照量,然后将这些仿照量相加,即可得到与数字量成正比的总仿照量,然后完毕了数字/仿照改换。

DAC的原理

  数模改换器电路的各电阻值是按4位二进制数的位权巨细取定:最低位对应的电阻最大,为23R,相邻低位折半,最高位对应的电阻最小,为20R。不论D=1仍是D=0,各2R支路上端经S都等效为接地,其等效电路如图:

  不论开关合向1仍是0,电路构造不变,各支路电流不变。开关状况只是挑选电流是流向运算拓宽器的虚地端仍是流向地端。从输入数字信号的高位D3到低位D0,流入4个结点的电流别离被分流为I3=I/2,I2=I/22,I1=I/23, I0=I/24。然后完毕了数模之间的改换。

DAC的首要参数  1.分辩率

  指最小输出电压与最大输出电压之比,也是最小输入数字量1与最大输入数字量2n-1之比。

  2.改换精度

  是指输出仿照电压的实习值与志向值之差,即最大静态改换差错。

  它是因为参看电压UR违反规范值、运算拓宽器的零点漂移、仿照开关的压降及电阻值的差错等要素所构成的使的。除此以外,应选用多位数DAC、选用安稳度高的参看电压源和低零漂的运算拓宽器与之协作。

  3.改换速度

  改换速度通常由树立时刻挑选。从输入由全0骤变为全1时开端,到输出电压安稳在FSR± LSB方案(或以FSR±x%FSR指明方案)内接连,这段时刻称为树立时刻,它是DAC的最大照料时刻,所以用它衡突改换速度的快慢。

DAC的构成  DAC首要由数字寄存器、仿照电子开关、位权网络、求和运算拓宽器和基准电压源(或恒流源)构成。用存于数字寄存器的数字量的各位数码,别离操控对应位的仿照电子开关,使数码为1 的位在位权网络上发作与其位权成正比的电流值,再由运算拓宽器对各电流值求和,并改换成电压值。

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