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生物医学电子学

生物医学电子学. 主讲：周宇 Email: zyusst@yahoo.cn 课件： lessonword@yahoo.cn 密码： kejian. 第五章 模数数模转换器. Analog-digital converter, ADC Digital-analog converter, DAC 数模转换器基本概念和性能指标 数模转换技术 数模转换器的外围接口 模数转换器基本概念和性能指标 模数转换技术 模数转换器的外围接口 采样保持技术. 第五章 模数数模转换器. 模数混合系统框图. 第五章 模数数模转换器. 1. 数模转换器基本概念和性能指标

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生物医学电子学

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Presentation Transcript

  1. 生物医学电子学 主讲：周宇 Email: zyusst@yahoo.cn 课件：lessonword@yahoo.cn 密码：kejian

  2. 第五章 模数数模转换器 Analog-digital converter, ADC Digital-analog converter, DAC • 数模转换器基本概念和性能指标 • 数模转换技术 • 数模转换器的外围接口 • 模数转换器基本概念和性能指标 • 模数转换技术 • 模数转换器的外围接口 • 采样保持技术

  3. 第五章 模数数模转换器 • 模数混合系统框图

  4. 第五章 模数数模转换器 1.数模转换器基本概念和性能指标 • 数模转换器基本概念 • 分数二进制值D • 最低有效位LSB • 最高有效位MSB • 下限值 • 上限值 • 间隔

  5. 第五章 模数数模转换器 • DAC基本结构

  6. 第五章 模数数模转换器 • DAC输出表达

  7. 第五章 模数数模转换器 • DAC输入输出表达式 • 输入nbit字DI • 比例因子K • 基准电压VREF • 满刻度范围 • 电压VFSR 2.5V,5V,… • 电流IFSR 1mA… • 倍乘式DAC：基准电压可调

  8. 第五章 模数数模转换器 • DAC输出特性 • 输出范围vo • 满刻度值VFSV • 分辨率LSB • 动态范围 • 例：满刻度范围10V，12bit，分辨率(LSB)2.44mV，满刻度值9.9976V，动态范围72.25dB

  9. 第五章 模数数模转换器 • 例：3bit，满刻度范围1V时的理想传递特性，分辨率1/8V，满刻度值7/8V

  10. 第五章 模数数模转换器 • DAC的性能指标 • 偏移误差：+1LSB • 增益误差（消除偏移误差之后进行度量）：-2LSB

  11. Integral Non-linearity Analog Output Voltage Analog Output Voltage 2VLSB VLSB Digital Input Digital Input 第五章 模数数模转换器 • 积分非线性（INL） • 差分非线性（DNL） • DNL<-1LSB，传递特性非单调

  12. 第五章 模数数模转换器

  13. 第五章 模数数模转换器 • 建立时间：输入端码字变化（通常是满刻度变化）之后，输出达到其终值的某一规定范围内（一般±0.5LSB）所用时间

  14. 第五章 模数数模转换器 • 短时脉冲干扰

  15. 第五章 模数数模转换器 • 更新速率：Update rate

  16. 第五章 模数数模转换器 2.数模转换技术 • 加权电阻DAC

  17. 第五章 模数数模转换器 • 举例：反馈电阻=R，参考电压8V，3bitDAC，输出随输入的变化如何？

  18. 第五章 模数数模转换器 • 转换速度快 • 缺点 • 开关闭合时，电阻不为零，影响二进制加权关系 • 电阻分布范围太广：8bitDAC，阻值范围从2R变化到256R • 对工艺精度要求高

  19. 第五章 模数数模转换器 • R-2R梯形DAC

  20. 第五章 模数数模转换器 • 电阻值分布范围小 • 对工艺精度要求低 • 开关上的电压变化小 • 稳定性好 • 转换速度慢

  21. 第五章 模数数模转换器 • 电流模式R-2R梯形DAC

  22. 第五章 模数数模转换器 • 电压模式R-2R梯形DAC（做戴维宁等效）

  23. 第五章 模数数模转换器

  24. 第五章 模数数模转换器 • 倍乘式DAC(MDAC) • CMOS工艺DAC,基准电压可调（正、负、零）

  25. 第五章 模数数模转换器 • 可编程衰减器

  26. 第五章 模数数模转换器 • 可编程放大器

  27. 第五章 模数数模转换器 • DAC的数字输入接口 • 双缓存结构

  28. 第五章 模数数模转换器 • 允许DAC接收串行数据格式、并行数据格式等多种数据格式的数据 • 允许DAC在保证固定更新率的同时接收数据的异步载入 • 允许多个DAC同时更新数据

  29. 第五章 模数数模转换器 • 串行数据输入

  30. 第五章 模数数模转换器 • 并行数据输入

  31. 第五章 模数数模转换器 • DAC模拟输出的缓冲 • 电压输出

  32. 第五章 模数数模转换器 • 电流输出

  33. 第五章 模数数模转换器 • 差分模式

  34. 第五章 模数数模转换器

  35. 第五章 模数数模转换器 • Anti-imaging filter (Reconstruction filter)

  36. 第五章 模数数模转换器 • Imaging

  37. 第五章 模数数模转换器 • 基于内插的过采样

  38. 第五章 模数数模转换器

  39. 第五章 模数数模转换器 4.模数转换器基本概念和性能指标 • 模数转换过程 • 采样 • 那奎斯特采样定理 • 量化 • 量化噪声

  40. 第五章 模数数模转换器 • 模数转换过程 • 采样 • 量化

  41. 第五章 模数数模转换器 • 那奎斯特采样定理 • 那奎斯特采样频率 • 镜像频率

  42. 第五章 模数数模转换器 • 量化噪声 • 量化噪声有效值 • 输入满幅度正弦波时的信噪比 • 信噪比随bit数的增加而升高

  43. 第五章 模数数模转换器 • 模数转换器基本概念 • ADC输入输出表达式

  44. 第五章 模数数模转换器 • 码距

  45. 第五章 模数数模转换器 • 模数转换器性能指标 • 码字转换位置(四舍五入法、舍去法、补足法)

  46. 第五章 模数数模转换器 • 偏移误差：第一个码字转换的实际位置与1/2LSB之间的差值 • 增益误差：最后一个码字转换与第一个码字转换的实际位置之间的差值与理论值的差距

  47. 第五章 模数数模转换器 • 积分非线性（INL）：码字中心线（实际码字范围中值轨迹）与端点直线之间的最大偏差（消除偏移误差和增益误差以后） • 差分非线性（DNL）：码字变换间隔的实际值与理论值（1LSB）之间的最大偏差 • DNL>1LSB，发生漏码

  48. 第五章 模数数模转换器 • 例：011 • INL：-1/2LSB • DNL：1LSB

  49. 第五章 模数数模转换器 • 转换时间：完成一次A-D转换所需要的时间

  50. 第五章 模数数模转换器 4.模数转换技术 • 基于DAC的A-D转换 • DAC的输出达到模拟输入的±1/2LSB之内，A-D转换完成 • DAC输出偏移+1/2LSB

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