7数模及模数转换器习题解答

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，若输入数字量只有最高位为 1 时，则输出电压为 V。A.B.2.56C.D.都不是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.输出电阻 D.

2、参考电压8图所示 R-2R 网络型 D/A 转换器的转换公式为。9.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。A.C.VREFc2VB.v=-REFDx2io324ii=0VyD.v=REFD.x2io24ii=0vO图23i=0Dx

3、2i2410.比较权电阻型、R R-2R R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 R-2R R网络型 D/A 转换器电阻网络中只有R R和 2R R两种阻值的电阻，且比值为 2。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 R-2R R网络型 D/A 转换器获得较高精度。权电流型 D/A 转换器可以消除模拟开关导通电阻产生的影响。 同时可获得较

4、高的转换速度。11.Z-A 模/数（A/D）中包括哪些主要部分它们各起什么作用解：Z-A 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：将输入信号岭减去来自 1 位 DAC 的反馈信号得到误差信号，v v=岭一IeIvf。积分器：积分器对误差信号v ve进行积分。e电压比较器：当积分器的输出电压v vOV 时，输出v v为高电平（逻辑 1）；当v vgggWOV 时，v v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。g1 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v vf

5、接+REF；当输入为逻辑 0 时，把输出端v vf接地。在采样信号CPCP的作用下， D 触发器的Q Q端送出一串行的数字序列c 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 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、工一型 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

6、换速度极高的优点， 但n n位的 A/D 转换器需要提供2n-1 个比较器。Z-A 转换器中的模拟部分非常简单（类似于一个 1bitADC），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， Z-AADC 的制造成本非常低廉。习题1.n n位权电阻型 D/A 转换器如图所示。（1）试推导输出电压v vo与输入数字量的关系式；（2）如n n=8，U UREF=-1OV 时，如输入数码为 20H，试求输出电压值。REFv2101023512210 位R R-2R R网络型 D/A 转换器如图所示。解：(1)2)vO图vO102562ni=032=1.25VX2

7、i1) 求输出电压的取值范围；2)图解：VREF210i=0X2i1)输出电压范围0-21-1VREFv21010235122)VREFX5V-10V3. 已知R R-2R R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/AREF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。 解： 4 位 D/A转换器的最大输出电压：v=xl5=4.6875V168 位 D/A 转换器的最大输出电压v=2X255=4.98V256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 VR

8、EF=+5V,试分别求出 4 位 D/A 转换器和 8 位 D/AREF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v=xl=0.625V168 位 D/A 转换器的最小输出电压v=2xl=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 构成如图所示电路。设计数器初始状态为000,且输出低电平V VOL=0V，输出高电平V VOH=V,R 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）构成几进制计器图解：（

9、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3）利用叠加定理可得 D/A 转换器的输出表达式为vO=_VOH（8Q0+4Q1+2Q2）当Q Q2Q Q1Q Q0=000 时当Q Q2Q Q1Q Q0=001 时当Q Q2Q Q1Q Q0=010 时当Q Q2Q Q1Q Q0=011 时因此，对应CPCP的V VO波形为:6.程控增益放大电路如图所示，图中D D=1 时，相应的模拟开关 S.与叫相接；iiID=0 0，S.与地相接。ii（1）试求该放大电路的电压放大倍数A=与数字量DDDDQ之间的关系表达Vv3210vI式；（2）试求该放大电

10、路的输入电阻RI=与数字量D3D2DID0之间的关系表达式。QQQv vO=0Vv vO=；v vO=；v vO=；tvOIiI图10823解：vO=-v/D3X23+D2K22+D1K21+DK2。)A二 Z=-(DX23+DX22+DX21+DX20)Vv3210IR=1iD3X23+D2X22+D1X21+D0X207.对于一个 8 位D/A转换器：（1）若最小输出电压增量VLSB为，试问当输入代码为 01001101 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%，试问这一D/A转换器能否应用解： （1）当 8 位D/

11、A转换器的最小输出电压增量为时，输入代码为 01001101 所对应的输出电压：v vO=（26+23+22+20）=。（2）8 位 D/A 转换器的分辨率百分数为：（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（精度是转换误差与最大输出电压之比），则其分辨率应小于，因此这一 8 位 D/A 转换器满足要求。8.A/D转换器中取量化单位为A,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 A，要求列表表示模拟电平与二进制代码的关系，并指出 A的值。模拟电平二进制代码000001010011100101110111X23+D2X22+DiX21+DoX2011281X100%=0.3922%解：=VLSB1082310=1.25V模拟电平（V）二进制代码0Vv v岸【000VI2.50012.5VI3.75010VI5.0011VI6.25100v v岸 7.5!1017.5VI5110VI+1=2X10