第9章 数模与模数转换器

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1、2022-5-3019 9 . . 数模与模数转换器数模与模数转换器9.1 D/A转换器9.2 A/D转换器2022-5-3021. 掌握倒T形电阻网络D/A转换器、集成D/A转换器的工作原理及相关计算；2. 掌握并行比较、逐次比较、双积分A/D转换器的工作原理及其特点；3. 理解D/A、A/D转换器的主要参数。教学要求教学要求2022-5-303概述概述 数字系统只能处理数字信号。自然界中的物理量，例如温度、压力、位移等都是模拟量。要采用数字系统 ( 如计算机 ) 对这些物理量进行控制、检测等，需要一种能在模拟信号与数字信号之间起转换作用的电路模数转换器和数模转换器。模数转换器模数转换器：把

2、模拟信号转换成数字信号的器件，简称A/D转换器或ADC。输入为模拟量，电压vI或电流iI ，输出为与模拟量成比例的n位二进制数：Dn-1Dn-2 D1D0 ，数模转换器数模转换器：把数字信号转换成模拟信号的器件，简称D/A转换器或DAC。输入为n位二进制数D：Dn-1Dn-2 D1D0，输出为与二进制数D成比例模拟量，电压vO或电流iO。2022-5-304温度变送器tT 蒸汽热电偶A/D转换器数字计算机D/A转换器电动阀温度控制实例温度控制实例染色锅当D/A输出5V时，电动阀全部打开，蒸汽进量最大；当D/A输出0V时，电动阀全部关闭，蒸汽进量为0；电动阀开度与控制电压成正比。80H2.5V概

3、述概述2022-5-3059.1 D/A转换器转换器9.1.1 D/A转换的基本原理转换的基本原理数数 / 模模( D/A )转换器：转换器：将数字量转换为与之成正比模拟量的电路。D/A 转换器的框图如图所示输入NB为n位二进制数：Dn-1Dn-2 D1D0 ，输出为电压vO或电流iO， vO或iO是模拟量，用A表示模拟量。D与A之间的关系称为转换特性。理想转换特性A与D成正比。A= KD=比例系数K是常数。如图是一个3位D/A转换器理想转换特性曲线，K=11n0iii2DK01234567001 010 011 100 101 110 111vo/VD000vO /V2022-5-3061.

4、 实现实现D/A转换的基本思想转换的基本思想先分析将二进制数ND(11001)B转换为十进制数。ND b424b323b222b121b020 1 24 123 022 0 21 120 数字量是用代码按数位组合而成的， 对于有权码，每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量， 然后，将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量， 从而实现数字量模拟量的转换。这就是实现D/A转换的指导思想。9.1 D/A转换器转换器9.1.1 D/A转换的基本原理转换的基本原理2022-5-3071. 实现实现D/A转换的基本思想转换的基本思想4位D/A转换器原理电路RDViR

5、EF00i0i1i2i3RDV2iREF110 1 0 1RDV4iREF22RDV8iREF33i = i0 + i1 + i2 + i3vO=Rf ( i0 + i1 + i2 + i3 )vO=VREF( D3 23+ D2 22+ D1 21+ D0 20 )Rf = R30iiiREF2DV虚地1n0iii2DKA9.1 D/A转换器转换器9.1.1 D/A转换的基本原理转换的基本原理2022-5-3082. D/A转换器的组成转换器的组成 n位数字量输入数码寄存器n位模拟开关基准电压解码网络求和电路模拟量输出用存放输入数字量的各位数码由输入数字量控制产生权电流将权电流相加产生与输入

6、成正比的模拟电压9.1 D/A转换器转换器9.1.1 D/A转换的基本原理转换的基本原理2022-5-3093. D/A转换器的分类转换器的分类按解码网络结构分类 T型电阻网络DAC倒T形电阻网络DAC权电流DAC 权电阻网络DAC 按模拟电子开关电路分类 CMOS开关型DAC双极型开关型DAC 电流开关型DAC D/A 转换器ECL电流开关型DAC 9.1 D/A转换器转换器9.1.1 D/A转换的基本原理转换的基本原理2022-5-30109.1 D/A转换器转换器9.1.2 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器1. 4位倒位倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器基准电压电阻网

7、络模拟电子开关输入数据求和电路Di=0，Si使电阻2R接地；Di=1，Si使电阻2R接虚地，电流 Ii流入求和电路 2022-5-3011 2R 2R 2R 2R 2R R R R VREF I A B C D A B C D 4位倒位倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器倒T形电阻网络RRRRIRVIREFI/2I/2I3I/4I/4I2I/8I/8I1I/16I/16I0倒T形流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。I3= VREF / 2RI2= VREF / 4RI1= VREF / 8RI0= VREF /16 R9.1 D/A转换器转换器9.1.2 倒倒T形电阻网络

8、形电阻网络D/A转换器转换器2022-5-3012流入运放的总电流： 0110i= I0 D0 + I1 D1 + I2 D2 + I3 D3I3I2I1I0)2D2D2D2D(RV13223140REF输出模拟电压： 30iii4REFffO)2D(2VRRRi输出电压vO与输入数据D成正比9.1 D/A转换器转换器9.1.2 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器2022-5-30134位倒T形电阻网络D/A转换器30iii4REFfO)2D(2VRRn位倒T形电阻网络D/A转换器1n0iiinREFfO)2D(2VRR令：则：vO = K NB 在电路中输入的每一个二进制数NB，均

9、能得到与之成正比的模拟电压vO输出。 nREFf2VRRK1n0iiiB)2D(N9.1 D/A转换器转换器9.1.2 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器2022-5-30142. 集成集成D/A转换器转换器AD7533D/A转换器10位CMOS电流开关型D/A转换器 AD7533使用说明：. 要外接运放。. 运放的反馈电阻可使用内部电阻，也可采用外接电阻。9.1 D/A转换器转换器9.1.2 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器2022-5-3015关于关于D/A转换器精度的讨论转换器精度的讨论为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求：(1)基准电压稳定性好；(2) 倒T

10、形电阻网络中R和2R电阻比值的精度要高；(3) 每个模拟开关的开关电压降要相等 为实现电流从高位到低位按2的整数倍递减，模拟开关的导通电阻也相应地按2的整数倍递增。1n0iiinREFfO)2D(2VRR9.1 D/A转换器转换器9.1.2 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器2022-5-30169.1.3 权电流权电流D/A转换器转换器1. 4位权电流位权电流D/A转换器转换器Di=0，Si接地；Di=1，Si接虚地。 0110)2D2D2D2D( Ii132231401n0iiif4O)2D(R2I 在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样降低了对开

11、关电路的要求，提高了转换精度。9.1 D/A转换器转换器2022-5-30179.1.4 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式8位DAC单极性单极性输出的输入/输出关系 数字量 模拟量1 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 00 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0256255VREF256129VREF256128VREF256127VREF2561VREF2560VREFDAC的输出方式有：单极性输出方式和双极性输出方式两种。采用单极性输出方式时，输入数字量采用自然二进制数，输出或只为正，或