电子技术基础第章数模与模数转换器

1、V:HnicaC Colkge of QftenQdu Vnmrsity of（Tecftno.蓉通“十一五-国凌级奴划枚材电子技术基础第13章数/栈与栈/数转换森（由T季II）成都理工丸学工程技术学隐自动化工程糸雷永铎2013第13章数/模与模/数转换器131数/模(D/A)转换器132模/数(A/D)转换器引言模拟信号n字信号:A/D 转换器(ADCAnalog To Digital Converter) 数字信号逹拟信号：D/A 转换器(DAC Digital To AnalogConverter)13-1 A/D和D/A转换器应用示意传感器M模拟控制匸数、?信号数字计算亂数字控制传感器

2、（温度、 压力、 流量、 应力等）放大器采样/ 保持器A/D人一A/D转换器、D/A转换器的应用计算机显示器字处理（如滤波、 计算）、数据保 存、打印等符图字、示形13 1数/模(D/A)转换器常用在电阻网络D/A转换器和T形电阻网络D/A转换器13-2权电阻网络D/A转换器大器価成。1.电子开关的作用及其组成 双向电子开关S,S” _2,A 码S, A d的控制,So分别受输入二进制数13-3 5位二逬制数11010D/A转换示意图IDV2-占IUr2 权电阻网络阻网络权电阻网 络的电阻 取值也符 合二进制 规律。由电子开关由 晶体管或场 效应晶体管 构成于电阻 阻值和每13-4晶体管双向电

3、子开关一位的 权相对 应，所以 称为权电3运算放大器运算放大器输入端的权电耳 络构成反相加法运 算电路。这 样，就可以将权电阻网络所转 换得 的各位模拟量相加，最后 获得D/A转换。D/A的组成求和运算放大器电阻网络2R 2R2R 2RSo Si s2j 汀 H,2R八 3R/2S3S2亠S3：D D D2 D?考电压输入4位二进制数V REF 模拟电子开关精密参D二0, S倒向地D=l, S 倒向 VREFD/A转换原理-当DaDDD二0000时3RR+2R2R3R/2J2RH 2R2R0!0iDD2当 D3D2DxDo=OOOO 时， SsSzSxSo都倒向地丄e 1 Vref0等效电路3

4、R：3RD3+Av= _1+3R/2U0=OVP/A转换原理（续T当 D3D2D1D。二 100003R+02Rr 2Ri_Vref n等效电路33RD2R 3R2RI I I 4=VRE2Ay _r3R/2 uo= Vref/2i 二01 0iDo Di 当D3D2DxDo=1OOO 时， s2sxSoOJ 向地，S3 倒向Vref卩/A转换原理（续）当DsDqDiDoZzOIOO时jaajklvUnr0 ni Do D当D3D2DiDo=O1OOVref11 0等效电路D2 D3时，3RVref/4Av二一+J3R3R/2REF1D/A转换原理（续）Do 。】D2 D3同理可推导，当。3o

5、 2o lo 0=0010 时，Uf -Vref/8 当。3o 2o lo 0=0001 时，u0= -Vref/16D/A转换原理（续）o 3o 2o lo 0=1000 时，Uo= -Vref/2二-DSVREM21D3D2DID0二0100 时，U。二-VREF/4= -D2VREF/22MWiDOOlO 时，U。二-Vrep/8二-DMef/23o 3o 2o 山 0=0001 时，Uo= -VreM 16 二-DoVreM24根据叠加原理：Uo= 7D3V ref/2x+ D2V 摘/22 + DXV M + D0V ref/24)二一(D/21+ D2/22 + Dx/23 + D

6、o/24) VREF=(Vref /2) (23 D + 22 D2+ 2】Di + 2D。)D/A转换原理（续）Uo = - (Vref /24) (2) D3 + 22 D2+ 2i Di + 2 Do)此式表明:D/A电路输出模拟电压Lio与输入的数字量D3D2D1D0成正比例13 1设UR-10V，试分别求出二进制数1010和1111相对应的模拟输出量。解(1)当数字量为1010时(10 1rl? ?V = 6. 25V(2 )当数字量为1111时U1 22 23 24 JV = 9 - 375V显然f输出楔 拟量专喻入薮 字量成正比权电阻网络D/A转换器的优点：电路结构简单，可适 用

7、于各种有权码；缺点：阻值有一定的误差，且易 受温度变化的影响”位数较多时，阻值分散性也很13. 1. 2 T形电阻网络D/A转换T形电阻网络D/A转换器只采用了 R2R两种阻值的 电 阻，克服了权电阻网络D/A转换器的不足在集成D/A转换 芯片中得到更广泛的应用UR/2/2”RRR/22R/2RS-i/ S/s o01D00a/o2A(MSB)d idxo(LSB)Uo图13-5 T形电阻网络D/A转换器基准电压源5输出的总电流是固定的，其大小为:/厶R输出电流和各支路电流的关系为:IJ IJI二尹i+尹心2+L +飞二讐 + (4-! 2 门 + dn_2 7- + L + 4 2o )因为

8、 乙二1输岀模拟电 T形电阻网络D/A转换器的输出 模拟电压Do与输入的数字量成正压Do七第（如2 + dn_K L2 T + L + do 2o )(13-4 )般取RF二Rf则式(13-4 )可写成如下形式uo 二一牛凤 a+dF +42。)TT n-1(13-5)T形电阻网络D/A转换器的特点：电子开关Sk不管是 接地还是接虚地，流过各支路2R电阻中的电流 总是近似 恒定值，在集成芯片中应用得最广泛13. 1. 3 D/A转换器主要技术指标1.分辨率DAC电路所能分辨的最小输出电压増量Ulsb与 最大输 出电压Um之比称为分辨率，它是转换器 的一个重要参 数,其表示式为：LSB1人2j

9、12 线帼通常用非线性误差的大小来表示D/A转换器的线 性 度,并且把偏离理想的输入一输出特性的偏差 与满刻 度输出之比的百分数定义为非线性误差。3 绝对精度在D/A转换器中任何输入数码所对应的实际模拟电压 值与其理想电压值之差的最大值定义为绝对精度，它描 述了在整个工作区内实际的 输出电压与理想的输出电压之间的最大偏差4.建立时间实际上D/A转换器内的电容.电感和开关电路均存在时间延迟，即经过一段时间才能使新的 模拟量稳定下来,这段时间就是D/A转换器的建立时间, 它反映了 D/A转换器的转换速度。1/ref dd Do Di Di D3 D CiID Ci编码电路FL比较器寄存器编码器图G

10、10电路为2位二进制数输出的并联比较型A/D转换器11IIIH/? 7乙 切厶/g01110爼nMmJE10100切厶/S*切厶/r00000切厶/inoPPFR躺廉ifffi書曹盪沃凹回乙咸騙叩麟吐刃宙甜謝Y騎出01-1圍1-EIB(I-i+uZ)/H/z/v压7VR/8并联比较型A/D转换器（三位）原理（补 充）檯篦參/VR ui_输入模拟电压 考电电压比较器D锁存器-I57Vr/8 时，输出=1 X-iQa +| Uv7VJ8 时，输出=06Vr/8Ui6Vr/8 时，输出=125Vr/8 时，输出=1L +4jV Vr/8 时，输出二05Vr/84Vr/83Vr/82Vr/8D2D1D

11、OUy6Vd/8 时，输出=0 二 Q|并联比较型A/D转换器中的编码器真值表Qa Qb Qc Qd Qe Qf QgD?DDoVr Uj 7Vr/811111111117Vr/8 Uj 6Vr/801111111106Vr/8 UJ 5Vr/800111111015Vr/8 UJ 4Vr/800011111004Vr/8 UJ 3Vr/800001110113Vr/8 UJ2Vr/800000110102Vr/8 UJ Vr/80000001001Vr/8 UJ 00000000000根据以上真值表设计编码器的组合逻辑电路（设计略）13. 2. 3逐次逼近型A/D转换器 逐次逼近型A/D转换的过程 与天平称物重量的过程相似逐次逼近型A/D转换器被转换的电压相当于天平所 称的物体 重量，而所转换的数字量相当于在天平上 逐次添加磁码所保留下来的磁码重量1.逐次逼近型A/D转换器的基本电路b e m m nn e rri rvi mQA-II1 IQbQ oQe13-11 3 位逐次逼近型 A/D转换器2.逐次逼近型A/D转换器的工作原理输入的模拟电压5,经米样一保持电路得到的米 样 电压，设为硏二4. 65V作用在比较器的同相输入端,而三位D/A转换器的输岀经修正后的电压 6,作用在比较器的反相输入端见课本P286图G 11所示的兀位A/D转换器