第九章数模和模数转换电路.ppt

第九章数模和模数转换电路二．二． 倒倒T形形电阻网阻网络D/A转换器（器（4位）位）所以，无所以，无论Si处于何种位置，与于何种位置，与Si2R电阻均接阻均接“地地”（地或虚地）地或虚地）图中中S0～～S3为模模拟开关，由开关，由输入数入数码Di控制，控制，当当Di=1Si接运算放大器反相接运算放大器反相输入端（虚地），入端（虚地），电流流Ii流入求和流入求和电路；路；当当Di=0Si将将电阻阻2R接地可算出，基准可算出，基准电流流 I=VREF/R，，输出出电压：：则流流过各开关支路（从右到左）的各开关支路（从右到左）的电流分流分别为 I/2、、I/4、、I/8、、I/16于是得于是得总电流：流：将将输入数字量入数字量扩展到展到n位，位，则有：有：可可简写写为：：vO=－－KNB 其中：其中：K=三．三． 权电流型流型D/A转换器器为进一步提高一步提高D/A转换器的器的转换精度，可采用精度，可采用权电流型流型D/A转换器采用具有采用具有电流流负反反馈的的BJT恒流源恒流源电路的路的权电流流D/A转换器：器：由倒由倒T形形电阻网阻网络分析可知，分析可知，IE3=I/2，，IE2=I/4，，IE1=I/8，，IE0=I/16，于是可得，于是可得输出出电压为可推得可推得n位倒位倒T形形权电流流D/A转换器的器的输出出电压：：基准基准电流：流：四．四． D/A转换器器应用用举例例DAC0808是是8位位权电流型流型D/A转换器，其中器，其中D0～～D7是数字量是数字量输入端。

入端用用这类器器件件构构成成的的D/A转换器器时，，需需要要外外接接运运算算放放大大器器和和产生生基基准准电流流用的用的电阻阻R1当当VREF=10V、、R1=5kΩΩ、、Rf=5kΩΩ时，，输出出电压为：：DAC0808 D/A转换器器输出与出与输入的关系（入的关系（ 设VREF=10V））1.转换精度精度 五．五． D/A转换器的主要技器的主要技术指指标（（2））转换误差差——此此外外，，也也可可用用D/A转换器器的的最最小小输出出电压与与最最大大输出出电压之之比比来来表表示示分分辨辨率率，，N位位D/A转换器的分辨率可表示器的分辨率可表示为 1/（（2n-1）2.转换速度速度3. 温温度度系系数数——在在输入入不不变的的情情况况下下，，输出出模模拟电压随随温温度度变化化产生生的的变化化量量一一般用般用满刻度刻度输出条件下温度每升高出条件下温度每升高1℃℃，，输出出电压变化的百分数作化的百分数作为温度系数温度系数2））转换速率（速率（SR））——在大信号工作状在大信号工作状态下模下模拟电压的的变化率1）分辨率）分辨率——D/A转换器模器模拟输出出电压可能被分离的等可能被分离的等级数。

数输入入数数字字量量位位数数越越多多，，分分辨辨率率越越高高所所以以，，在在实际应用用中中，，常常用用字字量量的的位位数数表示表示D/A转换器的分辨率器的分辨率1））建建立立时间（（tset））——当当输入入的的数数字字量量发生生变化化时，，输出出电压变化化到到相相应稳定定电压值所需所需时间最短可达最短可达0.1μμS9.2 A/D转换器器一．一．A/D转换的一般步的一般步骤和取和取样定理定理由由于于输入入的的模模拟信信号号在在时间上上是是连续量量，，所所以以一一般般的的A/D转换过程程为：：取取样、、保持、量化和保持、量化和编码 取取样定理：定理： 因因为每每次次把把取取样电压转换为相相应的的数数字字量量都都需需要要一一定定的的时间，，所所以以在在每每次次取取样以以后后，，必必须把把取取样电压保保持持一一段段时间可可见，，进行行A/D转换时所所用用的的输入入电压，，实际上是每次取上是每次取样结束束时的的vI值式中式中fS为取取样频率，率，fimax为输入信号入信号vI的最高的最高频率分量的率分量的频率二．二． 取取样—保持保持电路路电路路组成及工作原理（取成及工作原理（取Ri=Rf））:当控制信号当控制信号vL为高高电平平时，，T导通，通，vI经电阻阻Ri和和T向向电容容Ch充充电。

则充充电结束后束后 vO=－－vI=vCN沟道沟道MOS管管T作作为开关用当控制信号返回低当控制信号返回低电平后，平后，T截止Ch无放无放电回路，所以回路，所以vO的数的数值 可被保存下来可被保存下来三．三． 并行比并行比较型型A/D转换器（器（3位）位） 并行比并行比较型型A/D转换器真器真值表表1．． 转换原理：原理：四．四． 逐次比逐次比较型型A/D转换器器 2．． 逻辑电路路五．双五．双积分型分型A/D转换器器它由它由积分器、分器、过零比零比较器（器（C）、）、时钟脉冲控制脉冲控制门（（G）和定）和定时器、器、计数器（数器（FF0～～FFn）等几部分）等几部分组成（（2）第一次）第一次积分分阶段段工作原理：工作原理：（（1）准）准备阶段段计数器清零，数器清零，积分分电容放容放电，， vO=0Vt=0时，开关，开关S1与与A端端接通，接通，输入入电压vI加到加到积分器的分器的输入端。

入端积分分器从器从0开始开始积分：分：由于由于vO<0V，，过零比零比较器器输出出vC=1，控制，控制门G打开计数器从数器从0开始开始计数t=T1=2nTC 经过2n个个时钟脉冲后，触脉冲后，触发器器FF0～～FFn－－1都翻都翻转到到0态，而，而Qn=1，开关，开关S1由由A点点转到到B点，第一次点，第一次积分分结束第一次束第一次积分分时间为：： （（3）第二次）第二次积分分阶段段第一次第一次积分分结束束时，，积分器的分器的输出出电压VP为：：当当t=t1时，，S1转接到接到B点，基准点，基准电压－－VREF加到加到积分器的分器的输入端；入端；积分器分器开始向相反开始向相反进行第二次行第二次积分当当t=t2时，，积分器分器输出出电压vO>0V，比，比较器器输出出vC=0，控制，控制门G被关被关闭，，计数停止六．六． A/D转换器的主要技器的主要技术指指标（（1）分辨率）分辨率——说明明A/D转换器器对输入信号的分辨能力入信号的分辨能力 一一般般以以输出出二二进制制（（或或十十进制制））数数的的位位数数表表示示。

因因为，，在在最最大大输入入电压一一定定时，，输出位数愈多，量化出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高位愈小，分辨率愈高1. 转换精度精度例例如如，，相相对误差差≤≤±±LSB/2，，就就表表明明实际输出出的的数数字字量量和和理理论上上应得得到到的的输出出数字量之数字量之间的的误差小于最低位的半个字差小于最低位的半个字2））转换误差差——它它表表示示A/D转换器器实际输出出的的数数字字量量和和理理论上上的的输出出数数字字量之量之间的差的差别常用最低有效位的倍数表示常用最低有效位的倍数表示2. 转换时间——指指从从转换控控制制信信号号到到来来开开始始，，到到输出出端端得得到到稳定定的的数数字字信信号号所所经过的的时间并并行行比比较A/D转换器器转换速速度度最最高高；；逐逐次次比比较型型A/D转换器器次次之之；；间接接A/D转换器的速度最慢器的速度最慢本章小本章小结1．．A/D和和D/A转换器是器是现代数字系代数字系统的重要部件，的重要部件，应用日益广泛用日益广泛5．．A/D转换器器和和D/A转换器器的的主主要要技技术参参数数是是转换精精度度和和转换速速度度，，在在与与系系统连接接后后，，转换器器的的这两两项指指标决决定定了了系系统的的精精度度与与速速度度。

目目前前，，A/D与与D/A转换器器的的发展展趋势是是高高速速度度、、高高分分辨辨率率及及易易于于与与微微型型计算算机机接口，用以接口，用以满足各个足各个应用用领域域对信号信号处理的要求理的要求2．．倒倒T型型电阻阻网网络D/A转换器器中中电阻阻网网络阻阻值仅有有R和和2R两两种种，，各各2R支支路路电流流Ii与与Di数数码状状态无无关关，，是是一一定定值由由于于支支路路电流流流流向向运运放放反反相相端端时不存在不存在传输时间，因而具有，因而具有较高的高的转换速度3．．在在权电流流型型D/A转换器器中中，，由由于于恒恒流流源源电路路和和高高速速模模拟开开关关的的运运用用使使其其具具有有精精度度高高、、转换快快的的优点点，，双双极极型型单片片集集成成D/A转换器器多多采采用用此此种种类型型电路4．．不不同同的的A/D转换方方式式具具有有各各自自的的特特点点，，并并行行A/D转换器器速速度度高高；；双双积分分A/D转换器器精精度度高高；；逐逐次次比比较型型A/D转换器器在在一一定定程程度度上上兼兼有有以以上上两两种种转换器的器的优点，因此得到普遍点，因此得到普遍应用。