数字电路课件

第7章数/模与模/数转换电路课时：3学时第7章数/模与模/数转换电路7.1D/A转换器7.2A/D转换器本章小结7.1D/A转换器7.1.1D/A转换器的基本原理7.1.2倒T型电阻网络D/A转换器7.1.3D/A转换器的主要技术指标7.1.4D/A转换器应用举例7.1.5D/A转换器的主要技术指标7.1.1D/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。7.1.2倒T形电阻网络D/A转换器所以，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。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：7.1.3权电流型D/A转换器为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器。图示为一4位权电流D/A转换器原理电路。这组恒流源从高位到低位电流的大小依次为I/2、I/4、I/8、I/16。7.1.4D/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：DAC0808D/A转换器输出与输入的关系（设VREF=10V）1.转换精度7.1.5D/A转换器的主要技术指标（2）转换误差——比例系数误差、失调误差、非线性误差。此外，也可用D/A转换器的最小输出电压(数字量：00000001)与最大输出电压(数字量：全1）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）。（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。vO=-KNB最小vO=-KNB=-K×1

最大vO=-KNB=-K×(2n-1)7.1.5D/A转换器的主要技术指标2.转换速度3.温度系数——在输入不变的情况下，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作为温度系数。（2）转换速率（SR）——在大信号工作状态下模拟电压的变化率。（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。7.2A/D转换器7.2.1A/D转换器的基本原理7.2.2并行比较型A/D转换器7.2.3逐次比较型A/D转换器7.2.4双积分型A/D转换器7.2.5A/D转换器的主要技术指标7.2.1A/D转换器的基本原理一．A/D转换的一般步骤

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。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。01tvI00110110vIt基本原理：7.2.2并行比较型A/D转换器3位并行比较型A/D转换器

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输入输出EI

I0

I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1××××××××11111011111111111100×××××××0000010××××××01001010×××××011010010××××0111011010×××01111100010××011111101010×01111111100100111111111101P96集成优先编码器——74148（8线-3线）7.2.3逐次比较型A/D转换器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：2．带转炊换框妨图：3．霸逻许辑电堤路1011111101000011110010100111111011010101007.古2.论4双积浑分型辰A/泄D转墙换器它由句积分紧器、喜过零枪比较犬器（要C）笑、时学钟脉主冲控示制门沸（G道）和以定时情器、采计数蛾器（渔FF0～F湿Fn）等家几部催分组形成。（2狠）第骡一次映积分榴阶段工作冷原理转：（1）准队备阶慨段计数租器清浅零，积分腾电容捞放电宽，vO=0疲V。t=0纳时，赏开关圣S1与A育端接通槽，输樱入电剖压vI加到积分男器的嘴输入滥端。寺积分器从黑0开否始积孝分：由于vO<0刮V，欺过零据比较裤器输炊出vC=1匆，控怨制门沾G打勉开。绘计数菠器从拴0开焰始计素数。t=T1=2nTC经过婶2n个时似钟脉爷冲后跨，触疫发器膨FF0～F爬Fn－程1都翻共转到愈0态反，而嗽Qn=1炼，开慢关S1由A激点转嚼到B驼点，屠第一墙次积圣分结悦束。休第一啊次积煤分时内间为坛：（3跳）第唉二次王积分页阶段第一跌次积剥分结扩束时逢，积歼分器控的输献出电置压VP为：当t=t1时，益S1转接解到B筹点，谈基准友电压趋－VRE很F加到龟积分遣器的钢输入饼端；房诚积分呢器开始勿反向孙积分华。当t=t2时，勤积分返器输睡出电驰压vO>0处V，巡寿比较惊器输朵出vC=0滤，控慈制门见G被舞关闭序，计娃数停闸止。同时扑，N宝级计筛数器狱又从伞0开降始计轰数。在此速阶段筹结束甲时vO的表秘达式美可写抽为：设T2=t2－t1，于星是有剃：设在得此期元间计锄数器花所累蹦计的殿时钟亚脉冲祸个数扬为λ，则寨：可见趁，T2与VI成正余比，策T2就是增双积滋分A苗/D泛转换般过程激的中搁间变籍量。上式贞表明继，计驼数器草中所友计得烘的数λ（λ=修Qn-福1…Q1Q0），闭与在徒取样药时间款T1内输扯入电坑压的石平均妨值VI成正令比。崖只要赴VI<VRE割F，转辅换器肺就能镰将输照入电斤压转欺换为途数字吉量。T2=λTC7.感2.晶5威A/侧D转正换器贿的主引要技炒术指全标（1然）分寸辨率——柴说明辛A/符D转员换器黄对输缴入信绘号的罩分辨喇能力细。一般员以输走出二欣进制腊（或浴十进奔制）职数的搁位数驻表示摔。因弦为，假在最筹大输鲁入电迅压一盾定时奏，输篮出位万数愈挑多，值量化份单位架愈小浮，分称辨率归愈高隆。1.废转标换精慌度例如沃，相寇对误膏差≤±LS术B/骗2，拢就表浪明实丑际输剃出的陪数字须量和庸理论耻上应衣得到虽的输眨出数爪字量同之间薄的误辨差小秘于最玻低位柏的半部个字愤。（2鸦）转默换误杏差——价它表稳示A头/D驳转换绵器实络际输呆出的炼数字胸量和球理论彼上的坝输出馋数字落量之悲间的图差别弯。常信用最妹低有先效位茄的倍显数表陕示。2.据转鬼换时导间——罪指从竟转换突控制帅信号萄到来仪开始矛，到决输出毕端得爬到稳伍定的况数字惩信号限所经部过的无时间屠。并行坛比较洁A/报D转凭换器梯转换右速度航最高疲；逐喉次比捎较型武A/幼D转缸换器医次之鞭；间想接A坝/D硬转换挪器的桂速度阀最慢子。本章吼小结1．腾A/丘D和择D/漠A转骡换器薯是现鄙代数民字系灯统的编重要乘部件祖，应栋用日丈益广塞泛。5．肢A/饮D转有换器杠和D毅/A效转换廊器的商主要杠技术肤参数浮是转籍换精险度和浆转换君速度受，在翁与系堵统连厦接后础，转隔换器池的这名两项群指标猛决定虎了系破统的厘精度乖与速贼度。躺目前厕，A宾/D丑与D馒/A拆转换踢器的少发展挎趋势满是高损速度咐、高姻分辨表率及既易于标与微撑型计肤算机棉接口眼，用博以满佣