复旦大学：《生理学》课程教学资源（PPT课件）医学信号处理的原理和方法——模拟信号的数字化

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第五讲模拟信号的数字化 ·数模和模数转换的基本原理 ·Nyquist采样定律 数字量与绝对量的换算

第五讲 模拟信号的数字化 • 数模和模数转换的基本原理 • Nyquist采样定律 • 数字量与绝对量的换算

十进制和二进制 第n位第n-1位.第3位第2位第1位 十进制权10m1 10-2.102101100 二进制权 2h-1 2n-2.22 2120 例如： 十进制数7256=7*103+2*102+5*101+6*100 二进制数1011=1*23+0*22+1*21+1*20 =11(十进制数)

十进制和二进制 第n位 第n-1位 … 第3位 第2位 第1位 十进制权 10n-1 10n-2 … 102 101 100 二进制权 2 n-1 2 n-2 … 22 2 1 2 0 例如： 十进制数 7256 = 7*103 +2*102 +5*101 +6*100 二进制数 1011 = 1*23 +0*22 +1*21 +1*20 = 11 (十进制数)

5-1数模和模数转换的基本原理 5-1-1概述 5-1-2D/A转换器 5-1-3A/D转换器

5-1 数模和模数转换的基本原理 5-1-1 概述 5-1-2 D/A转换器 5-1-3 A/D转换器

5-1-1概达述 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简 称A/D转换器或ADC:能将数字量转换为模拟量的电路称为 数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通 模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。 功率放大 →执行部件 DAC 多路开关 数字计算机 功率放大 →执行部件 信号放大 引导电极 ADC 多路开关 信号放大← 传感器

5-1-1 概述 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简 称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为 数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通 模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口

5-1-2DMA转换器 D/A转换器的基本原理 D/A转换器的构成 集成D/A转换器

5-1-2 D/A转换器 D/A转换器的基本原理 D/A转换器的构成 集成D/A转换器

D/A转换器的基本原理和转换特性 基 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应 的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总 模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到 理 模拟量的转换。 D/A do u0/i0 d uo或io 输入 u/1> Un-1/in-1 4。=K(dn-1…2"-1+dn-22-2++d2+d2)

D/A转换器的基本原理和转换特性 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应 的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总 模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到 模拟量的转换。 基 本 原 理 ( 2 2 2 2 ) 0 0 1 1 2 2 1 o 1 =  +  + +  +  − − − u K d − d d d n n n u n 

4(V) 7 转换特性 6 54 3 2 1 D 0 000001010011100101110111 D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关 系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换器的转换特性。理想的D/A 转换器的转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。即：输出模 拟电压u。=K,×D或输出模拟电流i。=KXD。其中K,或K为电压或电流转 换比例系数，D为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为位二进 制数dn1dn2…dd,则输出模拟电压为： 4。=K(dn-12”-+dn-2…2”-2+…+d2+d。…2）

7 6 5 4 3 2 1 0 000 001 010 011 100 101 110 111 uo (V) D 转 换 特 性 D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关 系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换器的转换特性。理想的D/A 转换器的转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。即：输出模 拟电压 uo=Ku×D或输出模拟电流io=Ki×D。其中Ku或Ki为电压或电流转 换比例系数，D为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为n位二进 制数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为： ( 2 2 2 2 ) 0 0 1 1 2 2 1 o 1 =  +  + +  +  − − − u K d − d d d n n n u n 

DA转换器的主要技术指标 (1)分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分 辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不 同的输入二进制代码状态，能给出2”个不同等级的 输出模拟电压。 (2)转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实 际值与理想值之差，即最大静态转换误差。 (3)输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳 定值时所需要的时间，称为输出建立时间

D/A转换器的主要技术指标 （1）分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分 辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2 n个不 同的输入二进制代码状态，能给出2 n个不同等级的 输出模拟电压。 （2）转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实 际值与理想值之差，即最大静态转换误差。 （3）输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳 定值时所需要的时间，称为输出建立时间

二进制权电阻网络D/A转换器 REE P2 d 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还 是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路 的电流不变的。 VREE VREE 13 V 8R 4R 12= 2R R

不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还 是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路 的电流不变的。 二进制权电阻网络D/A转换器 R 2R 4R 8R RF I 1 I I 3 I 2 0 I REF i F i S3 S2 S1 S0 d3 d2 d1 d0 +VREF uo － + R V I R V I R V I R V I REF REF REF REF 0 = 1 = 2 = 3 = 2 4 8