第九章模拟信号和数字信号的转换

1、 由由AA 、BB、CC、DD各点各点向右看的等效电阻向右看的等效电阻都都为为R电流电流:RUIRR/ 1021II 2121II 3221II RII213 uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0 +-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR1OI当二进制代码为当二进制代码为1时，开关合到运算放大器输入一时，开关合到运算放大器输入一侧，该支路电流成为运放输入电流侧，该支路电流成为运放输入电流 的一部分；的一部分；当二进制代码为当二进制代码为0时，开关合到接地的一侧时，开关合到接地的一侧 。0R1R2R3R16842dRUdRUdRUdRU

2、 )22(216012233RddddRU012301IIIII )22(220122334FROddddRRUUuo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0 +-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR例例1:已知已知R-2R梯形网络梯形网络DA转换器中转换器中R=RF=20kUR=10V，试分别求出，试分别求出4位和位和8位位DA转换器的输出最转换器的输出最小电压、最大电压。小电压、最大电压。解：解：4位位DA转换器转换器d3d00001时输出最小电压时输出最小电压U0min；d3d01111时输出最大电压时输出最大电压U0max 。 VRR

3、U63. 012104OminVRRU37. 9) 12(21044Omax同理同理8位位DA转换器转换器VRRU08. 012108OminVRRU96. 9) 12(21048Omax在在UR和和RF相同条件下，相同条件下，DA转换器位数越多，转换器位数越多，输出最小电压越小，输出最大电压越大输出最小电压越小，输出最大电压越大。 1.1.分辨率分辨率转换误差（转换精度）转换误差（转换精度）00101023112110. 转换误差是指输出模拟电压的实际值与理论值之差，转换误差是指输出模拟电压的实际值与理论值之差，即最大静态转换误差。转换误差常用输出满刻度即最大静态转换误差。转换误差常用输出满

4、刻度FSR的百分数表示，也有用最低有效位的倍数来表示。的百分数表示，也有用最低有效位的倍数来表示。 输入由全输入由全0变为全变为全1或由全或由全1变为全变为全0起，起，到输出稳定电压到输出稳定电压(电流电流)所需的时间。所需的时间。 1.无锁存无放大器无锁存无放大器 三、集成三、集成D/A转换器转换器按其组成结构按其组成结构(即功能模块即功能模块)，集成，集成DA转换转换器可分为以下三种类型：器可分为以下三种类型：完整的集成完整的集成DA转换器包括转换器包括4个功能模块：个功能模块：输入数据寄存器、输入数据寄存器、 DA转换网络、模转换网络、模拟输出放大器拟输出放大器 及参考电压源。及参考电压

5、源。早期的产品只包含早期的产品只包含D/A转换网络，如转换网络，如AD7520，其电路和图其电路和图9-2相似，但运算放大器是外接的。相似，但运算放大器是外接的。 具有数字输入寄存器，使用时需外接运算放大器。具有数字输入寄存器，使用时需外接运算放大器。如：如：DAC0832DAC 0832 简化电路框图简化电路框图八位八位寄存器寄存器输入输入八位八位寄存器寄存器DACDAC八位八位转换器转换器UREFRFIout1Iout2AGNDUCCDGND&ILECSWR1WR2XFERD/AD/AD7D0.11DAC0832结构图结构图片选信号，片选信号，低电平有效低电平有效写入控制，写入控制，低电平

6、有效低电平有效模拟地端模拟地端D0 D7数字量输入数字量输入参考电压参考电压输入端输入端数字地端数字地端反馈电阻反馈电阻外接端外接端输入锁存允许信输入锁存允许信号，高电平有效号，高电平有效芯片工作电压芯片工作电压 输入端输入端 写入控制端写入控制端低电平有效，与低电平有效，与 配合使用配合使用XFER电流输出端电流输出端单极性输出时。单极性输出时。Iout2接模拟地接模拟地 传送控制端传送控制端低电平有效，与低电平有效，与WR2配合使用配合使用(1)直通方式 (2) 单缓冲方式单缓冲方式 (3)双缓冲器型方式双缓冲器型方式 例如例如DAC82DAC82： 是是CMOSCMOS型有锁存有放大的型

7、有锁存有放大的8 8位位D/AD/A转换器。转换器。近期生产的近期生产的D/A转换器，包含了输入数据寄转换器，包含了输入数据寄存器、存器、 DA转换网络、模拟输出放大器转换网络、模拟输出放大器 及参及参考电压源考电压源4部分功能电路，可实现模拟电压部分功能电路，可实现模拟电压的单极性或双极性输出。的单极性或双极性输出。间接间接A/D转换器：转换器：工作速度较低，但转换精度较高，工作速度较低，但转换精度较高，抗干扰能力强，在测量仪表中得到广泛应用。抗干扰能力强，在测量仪表中得到广泛应用。分为直接分为直接A/D转换器和间接转换器和间接A/D转换器两大类转换器两大类直接直接A/D转换器转换器:工作速

8、度高、转换精度容易保证。工作速度高、转换精度容易保证。如逐次逼近型、并行比较型、计数型如逐次逼近型、并行比较型、计数型A/D转换器等转换器等如单积分型如单积分型A/D转换器、双积分型转换器、双积分型A/D转换器等转换器等 8 g + 4 g8 g + 4 g + 2 g8 g + 4 g + 1 g 8 g8g 13g ，12g 13g，13g 13g，13g暂时结果暂时结果砝砝 码码 重重比比 较较 判判 断断顺顺 序序转换开始先将寄存器最高位预置转换开始先将寄存器最高位预置1，输出数字量为输出数字量为1000，经，经D/A转换成相应的模拟电压转换成相应的模拟电压U ,并与输入模拟电压并与输

9、入模拟电压 UX比较比较,若若U UX ，最高位定为，最高位定为0；再将寄；再将寄存器的次高位预置存器的次高位预置1，按上述方法逐位比较下去，直到最低位，按上述方法逐位比较下去，直到最低位为止为止 。1 0 0 06V 5. 5V4V5V1 1 0 01 0 1 01 0 1 1 )2222(28001122334ddddUD/A转换器输出转换器输出U为正值为正值 )222(280066778dddU6VU /A3D2D1D0Dt0t1t310001100101010001011t2RUD21,13对对应应于于时时 RUD41,12对对应应于于时时 RUD81,11对应于对应于时时 RUD16

10、1,10对应于对应于时时 V,8R U设设参参考考电电压压543210。输入电压V52. 5XU输输出出数数字字量量转转换换完完毕毕 ,10110123 ddddV5 . 5 U对应模拟电压对应模拟电压8 通通 道道 模模 拟拟 开开 关关 比较器比较器逻辑控制逻辑控制逐次逼近逐次逼近 寄存器寄存器 D/A转换器转换器地址锁存地址锁存 译译 码码 器器三态输出锁存器三态输出锁存器1.结构图结构图 2.转换过程转换过程 (1)对输入电压对输入电压UI积分阶段积分阶段(T1)UI0 0 ,开关开关S1导通其他开关断开，导通其他开关断开，积分电路对输入电压积分电路对输入电压UI积分积分:1IA1TU

11、RCUT1阶段结束时积分器的输出电压阶段结束时积分器的输出电压 (2)对参考电压回积（对参考电压回积（T2）阶段）阶段开关开关S2导通，其余断开。积分电路对参考电压（导通，其余断开。积分电路对参考电压（-UR）积分，）积分，使积分器的输出回积到使积分器的输出回积到0。0111IR21TURCdtURCtt0)(11I2RTUTURC回积过程，回积过程，T2阶段的时间可由下式决定阶段的时间可由下式决定 RI12UUTT IU在在T1和和UR均为常数时，均为常数时，T2与与成正比，实现了成正比，实现了U/T的转换。的转换。在在T2阶段结束时计数器所累计的计数阶段结束时计数器所累计的计数N2RIFS

12、RI12UUNUUNN正比于被测电压在正比于被测电压在T1阶段中的平均值阶段中的平均值 IU(3)清零与准备（清零与准备（T3）阶段）阶段 此阶段要为本次转换作收尾工作，并为下次转此阶段要为本次转换作收尾工作，并为下次转 换作好准备。换作好准备。暂时关闭控制门暂时关闭控制门G，计数器值，计数器值N2送到锁存器寄存；送到锁存器寄存；N2被锁存后计数器清零被锁存后计数器清零,积分电容积分电容C完全放电。完全放电。 1. 分辨率：分辨率： 以输出二进制数的位数表示分辨率。以输出二进制数的位数表示分辨率。 位数越多，误差越小，转换精度越高。位数越多，误差越小，转换精度越高。 转换速度：转换速度：完成一次完成一次A/DA/D转换所需要的时间，转换所需要的时间，即从它接到转换控制信号起，到输出端得到即从它接到转换控制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。稳定的数字量输出所需要的时间。3.转换误差：转换误差：以实际输出的数字量和理想数字量以实际输