数字9章-数模与模数转换器

第九章数/模与模/数转换电路概述：9.1D/A转换器

D/A转换器的基本原理倒T型电阻网络D/A转换器

D/A转换器的主要技术指标9.2A/D转换器

A/D转换器的基本原理并行比较型A/D转换器逐次比较型A/D转换器双积分型A/D转换器9.1D/A转换器一．D/A转换器的基本原理

对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字/模拟转换。最小量化单位二．倒T形电阻网络D/A转换器（4位）所以，无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。图中S0～S3为模拟开关，由输入数码Di控制，当Di=1时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路；当Di=0时，Si将电阻2R接地。电路由倒T形电阻网络，模拟开关和运算放大器组成。运算放大器：

1.A趋向于无穷大

2。V+=V-=0V

3。VO=-iΣ.RfR-2R倒T形电阻网络基准电流:I=VREF/R，基准电流:I=VREF/R，流过各开关支路（从右到左）的电流分别为I/2、I/4、I/8、I/16。将输入数字量扩展到n位，则有：可简写为：vO=－KNB

输出电压：总电流：其中：分析计算：三.D/A转换器应用举例DAC0808是8位权电流型D/A转换器，其中D0～D7是数字量输入端。使用时，需要外接运算放大器和产生基准电流用的电阻R1。当VREF=10V、

R1=5kΩ、

Rf=5kΩ时，输出电压为：D/A转换器输出与输入的关系（设VREF=10V）

1。

单极性二进制码：

数字量

模拟量

01111111…………

00000001

00000000+0

10000000-010000001

…………

11111111

2。符号数值双极性码1.转换精度

五．D/A转换器的主要技术指标（2）转换误差——此外，也可用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示分辨率，n位D/A转换器的分辨率可表示为1/（2n-1）。2.转换速度3.温度系数——在输入一定时，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数来表示。（2）转换速率（SR）——在大信号工作状态下模拟电压的变化率。（1）分辨率——D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实际应用中，常用数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。（1）建立时间（tset）——当输入的数字量发生变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需时间。最短可达0.1μS。9.2A/D转换器一．A/D转换的一般步骤和取样定理

由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为：

取样、保持、量化和编码。

取样定理：

因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次取样以后，必须把取样电压保持一段时间。式中fS为取样频率，fimax为输入信号vI的最高频率分量的频率。

对输入模拟信号的采样可见，进行A/D转换时所用的输入电压，实际上是每次取样结束时的vI值。二．取样—保持电路电路组成及工作原理（取Ri=Rf）:当vL为高电平时，T导通，vI经Ri和T向电容Ch充电。vO=－vI=vC。当vL返回低电平后，T截止。Ch无放电回路，所以vO的数值可被保存下来。三．并行比较型A/D转换器（3位）

并行比较型A/D转换器真值表输入模拟电压寄存器状态数字量输出D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1（0～1/15）VREF（1/15～3/15）VREF（3/15～5/15）VREF（5/15～7/15）VREF（7/15～9/15）VREF（9/15～11/15）VREF（11/15～13/15）VREF（13/15～1）VREF00000000000001000001100001110001111001111101111111111111000001010011100101110111并行比较型A/D转换器的特点：1。转换是并行的，转换时间只受比较器、触发器和编码电路延迟时间限制，因此转换速度快3。转换精度较低2。随着分辨率的提高，元件数目按几何级数()增加，电路复杂1．转换原理：G≈d3g3+d2g2+d1g1+d0g0di1有效0无效有效砝码的总重量逐次逼近重物的重量：四．逐次比较型A/D转换器移位寄存器(Q3Q2Q1Q0)数据寄存器(Q3Q2Q1Q0)

D/A输出标准电压vo’

VC输出量

1

1000

1000

8/16VREF

1Q3=1D3=1

2

0100

1100

12/16VREF

0Q2=0D2=0

3

0010

1010

10/16VREF

0Q1=0D1=0

4

0001

1001

9/16VREF

1Q0=1D0=12．转换框图：3．逻辑电路0111111000000111100000110100018/16VREF11110100011001112/16VREF0111100003．逻辑电路101111100001111101001112/16VREF01101100101010110/16VREF0000000003．逻辑电路101111100010111011010110/16VREF0101110100110019/16VREF1000011113．逻辑电路10111110010011011110019/16VREF1011111100111111001逐次比较型A/D转换器的特点：1.电路结构比较简单2.转换速度比较快3.转换精度较高转换时间与位数和CP频率有关，位数越少，CP频率越高，转换速度越快，但是位数越少，转换精度下降。五．双积分型A/D转换器

它由积分器、过零比较器（C）、时钟脉冲控制门（G）和定时器/计数器（FF0～FFn）等几部分组成。G（2）第一次积分阶段工作原理：（1）准备阶段计数器清零，积分电容放电，

vO=0V。t=0时，开关S1与A端接通，输入电压vI加到积分器的输入端。积分器从0开始积分：vG(b)(e)ttv(d)(a)tontv(c)vs1Q0tc0000由于vO<0V，过零比较器输出vC=1，控制门G打开。计数器从0开始计数。经过2n个时钟脉冲后，触发器FF0～FFn－1都翻转到0态，而Qn=1，开关S1由A点转到B点，第一次积分结束。第一次积分时间为：

第一次积分结束时，积分器的输出电压VP为：T1=2nTC

vG(b)(e)ttv(d)(a)tontv(c)vs1Q0tc0000（3）第二次积分阶段当t=t1时，S1转接到B点，基准电压－VREF加到积分器的输入端；积分器开始反向积分。同时，N级计数器又从0开始计数。当t=t2时，积分器输出电压vO>0V，比较器输出vC=0，控制门G被关闭，计数停止。设T2=t2－t1，于是有：设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为λ,则：T2=λTC

可见，T2与输入模拟电压VI成正比，T2就是双积分A/D转换过程的中间变量。t2即：T2=λTC

设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为λ所以：表明，计数器中所计得的数λ（λ=Qn-1…Q1Q0），与在取样时间T1内输入电压的平均值VI成正比。只要VI<VREF，转换器就能将输入电压转换为数字量。双积分型A/D转换器的特点：1。电路结构简单2。转换速度慢3。转换精度高4.抗干扰能力强六．A/D转换器的主要技术指标（1）分辨率——说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。一般以输出二进制（或十进制）数的位数表示。因为，在最大输入电压一定时，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。1.转换精度例如，相对误差≤±LSB/2，就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。（2）转换误差——它表示A/D转换器实际