第11章数模、模数转换器2011.7.

1、11.1概述概述数字信号数字信号模拟模拟信号：信号： D/A转换器转换器 (DAC Digital Analog Converter)有三种形式，详细介绍两种有三种形式，详细介绍两种模拟信号模拟信号数字信号：数字信号： A/D转换器转换器 (ADC Analog Digital Converter)有六种形式，详细介绍三种有六种形式，详细介绍三种主要指标：主要指标：精度、速度精度、速度第十一章第十一章 数模和模数转换数模和模数转换 11.2.1 权电阻权电阻DAC 求和求和运放运放S0S3电子开关电子开关d=0, S接地接地无电流无电流d=1, S接接VREF(基基准电压源准电压源)有电流有电

2、流权电阻网络权电阻网络输出模拟电压输出模拟电压vO=RFI输入输入4位二进制数位二进制数(n=4)vO=RFI= RFI0(23d322d221d120d0)=RF (23d322d221d120d0)RV3REF2vO = (2n-1dn-12n-2dn-221d120d0)RRF1REF2nVI023d3= 23d3 RV3REF2IFRFvovi 通式中位数通式中位数n=4 通常通常RF=R (11.2.3)R1I(D)4 VREF(R1=8R/4R/2R/1R)第十一章第十一章 数模和模数转换数模和模数转换图图11.2.111.2 D/A 转换器转换器 =RF基基准准总电流总电流 I0

3、24= VREF / R vO=RFI= RFI0(23d322d221d120d0)=RF (23d322d221d120d0) RV4REF2vO = (2n-1dn-12n-2dn-221d120d0)RRFnV2REF11.2.2 倒倒T形形DAC1、基本原理、基本原理结电阻结电阻R支电支电流流I020结电阻结电阻R支电支电流流I021结电阻结电阻R支电支电流流I022结电阻结电阻R支电支电流流I023di=0, S接接实实地地 (左边左边)I分量分量无无。di=1, S接接虚虚地地(右边右边)I分量分量有。有。流流进进节点电流节点电流流流出出节点电流节点电流vO=RF IIFRFvo

4、vi 输入电阻输入电阻1RR1I(D)4 VREF通式通式(R1=R=RF)11.2 D/A 转换器转换器 精度高精度高(VREF=5V时时V5mV)2、集成、集成DAC(CB7520/1、4 n=10/12、8)RF=R=10K实践中实践中vO|VD10|原因原因运放运放,开关不理想开关不理想 解决解决外接外接RF优点优点:缺点缺点:价格太贵价格太贵极性可极性可以切换以切换IFRFvovi R1I(D)10 VREFR1=R=RF vO= (29dn-128dn-220d0)=VD1010REF2VvO = (2n-1dn-12n-2dn-221d120d0)RRFnV2REF11.2.2

5、倒倒T形形DAC图图11.2.5 3、 电子模拟开关电子模拟开关 （P512图图11.2.6） didi开关原理开关原理:NMOS管管G=1，DS导通导通(RON) ，G=0，DS阻断阻断(ROFF) 。T1T2 脚脚脚脚 di RON 0，ROFFvI否则否则vI外接衰减器外接衰减器11.3 A/D转换器转换器图图11.3.8暂时结果暂时结果4个砝码总重个砝码总重1111比比 较较 判判 断断顺序顺序CP 8g 10008g X，8g+4g 10012g X，8g+4g+1g 113g X，X=13g按顺序施加码字的一半按顺序施加码字的一半当当vOvI时时施施加加同时同时 转换周期转换周期=

6、CPn(位数位数)组成：比较器，组成：比较器，DAC，渐近寄存器，移位寄存器渐近寄存器，移位寄存器2、逐、逐次次渐近渐近ADC(难点难点)图图11.3.9 图图11.3.10VB电路电路 P534 Qn+1=S+RQn | CP设设vI=6d2d1d01 1 0n+2个个CP转换一次，常用转换一次，常用CP初初12345D2=Q1=SA100001D3=Q2=SB010000D4=Q3=SC001000D5=Q4000100D1=Q5000010RA=VB Q2RB=VB Q3+Q1RC=VB Q4+Q1QAQBQCVO（ ）VBQAQ5=d2QBQ5=d1QCQ5=d0011000-.500

7、000000013.500000001105.500001116.510000011105.500001105.50000110011Q1Q2Q3Q4Q5 000111 100 0 1 01 1 1 0QnQn+1RS3、 集成集成A/D转换器转换器CAD571CAD751为为10位逐次渐近位逐次渐近ADC当当BOF=0（1）时，）时，ui为单（为单（双双）极性输入。）极性输入。当当B/C有下降沿时模数转换开始；上升沿时转换有下降沿时模数转换开始；上升沿时转换结束，并准备下次转换。结束，并准备下次转换。DR有下降沿时有下降沿时10位数字量输出。位数字量输出。特点：便于与计算机接口。特点：便于与

8、计算机接口。13 14 CAD571 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0数数 字字 量量 输输 出出 ui GRDAGRDD16 1234 5 6 78910 V+V-12BOF15 DR171811B/C11.3.4 反馈比较型反馈比较型ADCnCPT2nCPDTnCPT2nCPDTQnQ001CP条件条件+vI VREF 初态初态Qn0=000 , vC=0 , 初态后初态后vI经经R向向C充电并计数充电并计数vo1 +02nCPREFnCPIoDTRCVTRCvvn+1位位加计数加计数Qn=0R0积分器积分器dtRvCvTIO101vo 0，vo1=1，计数至，计

9、数至100时时,S1换向换向, C经经R向向-VREF快放快放, vo0时时vo1=0, 计数停计数停, 输出输出启动启动式）7 . 3 .11(2iREFnnvVD 结论结论 -VREF +vI时时放电慢放电慢的情况的情况+当不满足条件当不满足条件时，时，v vo o始终小于始终小于0 0，计数器始终计数计数器始终计数11.3.5 双积分双积分ADC11.3 A/D转换器转换器图图11.3.13优点：优点：抗干扰抗干扰(积分器能抑制窄脉冲噪声积分器能抑制窄脉冲噪声)缺点：缺点：转换时间长转换时间长=TCP(2n+Dn)思考思考：1。如果出现。如果出现 -VREF +vI会怎样？怎么解决？会怎

10、样？怎么解决？2。如果。如果vI0 时，电路应怎样处理才能正常工作？时，电路应怎样处理才能正常工作？最后，最后，Dn经过译码器、显示器经过译码器、显示器可组成实用的数字电压表。可组成实用的数字电压表。vIfofoDn11.3.6 V/F-ADCF/D转换线性化比较成熟转换线性化比较成熟V/F转换线性转换线性化有点困难化有点困难输入输入vI经衰减器经衰减器输入输入vI经极性切换经极性切换1秒秒10进进制制11.3.5双积分双积分ADC11.3 A/D转换器转换器（2）误差）误差=1/满量程示值满量程示值(%)， 例例 ：3又2分之1电电压表的误差为：压表的误差为：1/1999=0.05%11.3

11、.7 A/D转换器的主要参数转换器的主要参数1、精度、精度2、误差、误差（1） 误差不超过半个最小字电压：误差不超过半个最小字电压：误差误差0.5LSB3、速度、速度单片逐次渐进型单片逐次渐进型ADC：Tset 10100微秒微秒 分辨力：分辨力：满度模拟量满度模拟量/2n - 1 例例：5/210-1 5mV单片并联型单片并联型ADC： Tset 50纳秒纳秒单片双积分型单片双积分型ADC：Tset 几十几百毫秒几十几百毫秒(最常用最常用)11.3 A/D转换器转换器 分辨率：分辨率：1/2n - 1 例例：1/210-1 0.001=0.1%第九章小结除书中之外还应了解第九章小结除书中之外还应了解1.DAC、ADC的输入和输出须具备的输入和输出须具备成正比成正比的关系的关系2. DAC三种形式均三种形式均从从单位电流单位电流着手分析，着手分析，通式类似通式类似3.双极性与单极性双极性与单极性DAC的结构和码字不同之处的结构和码字不同之处(4个措施个措施)4.DAC应用：阶梯波、锯齿波、三角波发生器要应用：阶梯波、锯齿波、三角波发生器要结合结合时序电路时序电路；数控衰减器、数控放大器的设计；数控衰减器、数控放大器的设计5.ADC四种形式的原理、