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文档简介

1、自我检测题1 .就实质而言,D/A转换器类似于译码器,A/D转换器类似于编码器。2 .电压比较器相当于1位A/D转换器。3 . A/D转换的过程可分为采样、保持、量化、编码 4个步骤。4 .就逐次逼近型和双积分型两种A/D转换器而言,双积分型 的抗干扰能力强,逐次逼近型的转换速度快。5 . A/D转换器两个最重要的指标是分辨率和转换速度。6 . 8位D/A转换器当输入数字量只有最低位为1时,输出电压为0.02V,若输入数字量只有最高位为1时,则输出电压为 V。A. 0.039B. 2.56C. 1.27 D.者B不是7 . D/A转换器的主要参数有、转换精度和转换速度。A.分辨率B.输入电阻C

2、.输出电阻 D.参考电压8 .图T7.8所示R-2R网络型D/A转换器的转换公式为 。图 T7.8/3o /3A. V。-REDi 2iB. V。一REF Di 2i23 i 03 24 i o33VrEFiVrEFiC. v。r-Di 2D. v。 -4-Di 224 i o24 i o9 . D/A转换器可能存在哪几种转换误差?试分析误差的特点及其产生误差的原 因。解:D/A转换器的转换误差是一个综合性的静态性能指标,通常以偏移误差、增益误差、非线性误差等内容来描述转换误差。偏移误差是指D/A转换器输出模拟量的实际起始数值与理想起始数值之差。增益误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线

3、的斜率的偏差。D/A转换器实际的包络线与两端点间的直线比较仍可能存在误差,这种误差称为 非线性误差。10 .比较权电阻型、R-2R网络型、权电流型等D/A转换器的特点,结合制造工艺、 转换的精度和转换的速度等方面比较。解:权电阻型D/A转换器的精度取决于权电阻精度和外接参考电源精度。由于其阻值范围太宽,很难保证每个电阻均有很高精度,因此在集成D/A转换器中很少采用。R-2R网络型D/A转换器电阻网络中只有 R和2R两种阻值的电阻,且比值为 2c 虽然集成电路技术制造的电阻值精度不高,但可以较精确地控制不同电阻之间的比值,从而使R-2R网络型D/A转换器获得较高精度。权电流型D/A转换器可以消除

4、模拟开关导通电阻产生的影响。同时可获得较高的转换速度。11 . W 模/数(A/D)中包括哪些主要部分?它们各起什么作用?解:W 模/数转换器由1个差分放大器、一个积分器、1个比较器、1个1bit的DAC和数字滤波器组成。差分放大器:将输入信号 vi减去来自1位DAC的反馈信号得到误差信号,ve= viVf o积分器:积分器对误差信号 Ve进行积分。电压比较器:当积分器的输出电压 Vg>0V时,输出Vg/为高电平(逻辑1);当Vg<0V时,Vg,为低电平(逻辑0)。实际上,该电压比较器可以看成是1位的ADC。1位的DAC:由一模拟选择开关构成。当输入为逻辑1时,把输出端Vf接+ V

5、REF;当输入为逻辑0时,把输出端Vf接地。在采样信号CP的作用下,D触发器的Q端送出一串行的数字序列 c。此串行的数字序列经数字抽取滤波器滤波,从而获得并行n位数字量输出。12 .从精度、工作速度和电路复杂性比较逐次逼近、并行比较、2-A 型A/D转 换器的特点。逐次逼近型A/D转换器的优点是电路结构简单,构思巧妙,转换速度较快(只需 要n+2个CP周期,n是位数),所以在集成A/D芯片中用得最多。由于位数越多,转 换时间越长,因此,分辨率在 14位至16位,速率高于几 Msps的逐次逼近ADC非常 少见。并行比较型A/D转换器虽然具有转换速度极高的优点,但n位的A/D转换器需要提供2n-1

6、个比较器。方转换器中的模拟部分非常简单(类似于一个1bit ADC),而数字部分要复杂得多,按照功能可划分为数字滤波和抽取单元。由于更接近于一个数字器件,力AADC的制造成本非常低廉。习 题1. n位权电阻型D/A转换器如图P7.1所示。(1 )试推导输出电压VO与输入数字量的关系式;(2)如n=8, Vref=-10V时,如输入数码为 20H,试求输出电压值。Dn-1Dn-2D0图 P7.1解:(1) VoVREFDi 2i2n i o一 10 一 一(2) vO 32 1.25V2562. 10位R-2R网络型D/A转换器如图P7.2所示。(1)求输出电压的取值范围;(2)若要求输入数字量

7、为 200H时输出电压vo=5V,试问Vref应取何值?IRRRV 9解:vo 笛 Di 2i210 i 0210 1(1)输出电压范围0 Vref22 2) Vref1023 5V -10V5123 .已知R-2R网络型D/A转换器Vref=+5V ,试分别求出4位D/A转换器和8位D/A转换器的最大输出电压,并说明这种 D/A转换器最大输出电压与位数的关系。4 :4位D/A转换器的最大输出电压:5VO 15 4.6875V 168位D/A转换器的最大输出电压vO 255 4.98V 256由此可见,最大输出电压随位数增加而增加,但增加幅度并不大。4.已知R-2R网络型D/A转换器Vref=

8、+5V ,试分别求出4位D/A转换器和8位D/A转换器的最小输出电压,并说明这种 D/A转换器最小输出电压与位数的关系。解:4位D/A转换器的最小输出电压5 vO 1 0.625V 168位D/A转换器的最小输出电压vo 1 0.0195V256位数越多,最小输出电压越小。5 .由555定时器、3位二进制加计数器、理想运算放大器A构成如图P7.5所示电路。设计数器初始状态为 000,且输出低电平 Vol=0 V,输出高电平Voh=3.2 V, Rd为 异步清零端,高电平有效。(1)说明虚框(1)、(2)部分各构成什么功能电路?(2)虚框(3)构成几进制计器?(3)对应CP画出vo波形,并标出电

9、压值解:(1)虚框(1)电路为多谐振荡器,虚框(2)电路为D/A转换器,(2)虚框(3)为4进制计数器Q2Q1Q0(3)利用叠加定理可得D/A转换器的输出表达式为、,1八VOH 08 Q011、QiQ2)42当 Q2QiQo=000 时,Vo=0V ;当 Q2QiQo = 001 时,Vo= - 0.4V;当 Q2QiQo = 010 时,Vo= - 0.8V;当 Q2QiQo=011 时,vo= - 1.2V;因此,对应CP的Vo波形为:! >-pju1 rLTJ n I u ru!1CPt0-0.4V-0.8V-1.2V*6 . 一程控增益放大电路如图 P7.6所示,图中Di=1时,

10、相应的模拟开关 S与vi相接;Di=0, S与地相接。(1)试求该放大电路的电压放大倍数AVoAv-V|与数字量 D3D2D1D0之间的关系表达式;(2)试求该放大电路的输入电阻R1也与数字量D3D2D1D0之间的关系表达式。 ii解:(1) VoVi(D3 23 D2 22 Di 21 Do 20)AV vO-(D3 23 D2 22 D1 21 D0 20)ViVi3210(2)i D32D22D12D02RRi"一.二一,FiiD3 23D2 22 D1 21D0207.对于一个8位D/A转换器:(1)若最小输出电压增量 VLSB为0.02V,试问当输入代码为 01001101

11、时,输出 电压vo为多少伏?(2)假设D/A转换器的转换误差为1/2LSB,若某一系统中要求 D/A转换器的精度小于0.25%,试问这一 D/A转换器能否应用?解:(1)当8位D/A转换器的最小输出电压增量为0.02V时,输入代码为01001101所对应的输出电压:vo=0.02 (26+23+2,2°) =1.54V。(2) 8位D/A转换器的分辨率百分数为:1 100% 0.3922%28 1(3)由于D/A转换器的转换误差为1/2LSB,若要求D/A转换器的精度小于0.25%0.5%,因此这一 8位(精度是转换误差与最大输出电压之比),则其分辨率应小于D/A转换器满足要求。8.

12、 A/D转换器中取量化单位为,把010V的模拟电压信号转换为 3位二进制代码,若最大量化误差为,要求列表表示模拟电平与二进制代码的关系,并指出的值。解:Vlsb231801.25V模拟电平二进制代码000001010011100101110111模拟电平(V)二进制代码0<vi<1.250001.25V Vi< 2. 50012. 5V Vi<3. 750103.75V vi< 5. 00115.0v vi<6. 251006.25V vi< 7. 51017. 5V Vi<8.7 51108.75V Vi< 10.01119. 一个6位并

13、行比较型A/D变换器,为量化05V电压,问量化值应为多少?共需多少比较器?工作时是否要取样保持电路?为什么?15解:一 5V V6464共需要63个比较器。工作时不需要采样保持器,因为转换速度极快,在转换过程中可认为输入电压不变。10. 3位并行比较型 A/D转换器原理图如图 P7.12所示。基准电压 Vref=3.2V。(1)该电路采用的是哪种量化方式?其量化误差为何值?(2)该电路允许变换的电压最大值是多少?(3)设输入电压 Vi=2.213V,问图中编码器的相应输入数据C6C5c4c3c2C1C0和输出数据D2D1D0各是多少?解:(1)米用4舍5入的量化方式。-VREF 0.4V 。电

14、路的最大量化误差不大81于 一 0.2V。(2)该电路允许变换的电压最大值为:15VI(max)16VREF3 V(3)当输入电压为2.213V时,代码转换器(即编码器)的输入数据C6C5C4C3C2C1C0 =0011111,输出数据 D2DQ0=101。11.如图P7.11 (a)所示为一 4位逐次逼近型 A/D转换器,其4位D/A输出波形vo与输入电压vi分别如图P7.11 (b)和(c)所示。(1)转换结束时,图P7.11 (b)和(c)的输出数字量各为多少?(2)若4位A/D转换器的输入满量程电压 Vfs= 5V,估计两种情况下的输入电压范围各为多少?(c)图 P7.111011解:

15、(1)图(b)输出的数字量为0100,图(c)输出的数字量为0100对应的(2) Vlsb= -5-2,且A/D转换器采用只舍不入量化方式。输出数字量 2n16电压范围为1.25V ViV 1.5625 ;输出数字量1011对应的电压范围为 3.4375< VV 3.75。12.计数式A/D转换器框图如图P7.12所示。D/A转换器输出最大电压 Vomax=5V ,VI为输入模拟电压,X为转换控制端,CP为时钟输入,转换器工作前 X=0, Rd使计数器清零。已知,Vi>Vo时,Vc=1; ViVo时,VC = 0。当Vi=1.2V时,试问(1)输出的二进制数 D4D3D2DlDo=

16、?(2)转换误差为多少?(3)如何提高转换精度?图 P7.12解:(1) A/D分辨率即最小量化单位55S Vlsb- 0.161922n 1 311.2当 Vi = 1.2V 时, 7.44 10 D4D3D2D1D001000 2S(2)转换误差=23XS-1.2=0.903V(3)可用两种措施:增加计数器位数采用四舍五入量化,在 D/A输出加一个负向偏移电压1/2 Vlsb对于n位的计数型A/D转换器,其最大的转换时间可达 2n-1个时钟周期。而且计数器的时钟频率不能太高,以便在每个时钟周期内 DAC能建立稳定的电压输出。因此,计数型A/D转换器只能用于对转换速度要求不高的场合13 .

17、10位双积分型D/A转换器的基准电压 Vref=8V,时钟频率fcp为1MHz,则当输入电压Vi=2V时,完成A/D转换器所需要的时间。解:第1次积分所需要的时间:Ti=TcpX 210=1us X 1024=1024us第2次积分所需要的时间:T2=TcpX 210X0.25=1usX 256=256us总共需要时间 T=+ T2=1024+256=1280us14 .双积分式 A/D如图P7.14所示。(1)若被测电压Vl(max)=2V,要求分辨率 0.1mV,则二进制计数器的计数总容量N应大于多少?(2)需要多少位的二进制计数器?(3)若时钟频率 =200kHz,则采样保持时间为多少?若fcp=200kHz, I vi I v I Vref I =2V,

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