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1、第九章 数模与模数转换电路,9.1 D/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，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字/模拟转换。,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S0S3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。,可算出，基准电流 I=VREF/R，,输出电压：,则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/
2、8、I/16。 于是得总电流：,将输入数字量扩展到n位，则有：,可简写为：vO=KNB 其中：,K=,三 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。,采用具有电流负反馈的BJT恒流源电路的权电流D/A转换器：,由倒T形电阻网络分析可知，IE3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8，IE0=I/16，于是可得输出电压为,可推得n位倒T形权电流D/A转换器的输出电压：,基准电流：,四 D/A转换器应用举例,DAC0808是8位权电流型D/A转换器，其中D0D7是数字量输入端。 用这类器件构成的D/A转换器时，需要外接运算放大器和产生基准电流用的电阻R1
3、。,当VREF=10V、 R1=5k、 Rf=5k时， 输出电压为：,DAC0808 D/A转换器输出与输入的关系（ 设VREF=10V）,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）分辨率D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。
4、输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实际应用中，常用字量的位数表示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0.1S。,9.2 A/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。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。,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
5、。,二 取样保持电路,电路组成及工作原理（取Ri=Rf）:,当控制信号vL为高电平时，T导通，vI经电阻Ri和T向电容Ch充电。 则充电结束后 vO=vI=vC。,N沟道MOS管T作为开关用。,当控制信号返回低电平后，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,1 转换原理：,四 逐次比较型A/D转换器,2 逻辑电路,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（FF0FFn）等几部分组成。,（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，
6、 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：,由于vO0V，过零比较器输出vC=1，控制门G打开。计数器从0开始计数。,t=T1=2nTC,经过2n个时钟脉冲后，触发器FF0FFn1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：,（3）第二次积分阶段,第一次积分结束时，积分器的输出电压VP为：,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 开始向相反进行第二次积分。,当t=t2时，积分器输出电压vO0V，比较器输出vC=0，控制门G被关闭，计数停止。,在此阶段结束时v
7、O的表达式可写为：,设T2=t2t1，于是有：,设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为，则：,可见，T2与VI成正比，T2就是双积分A/D转换过程的中间变量。,上式表明，计数器中所计得的数（=Qn-1Q1Q0），与在取样时间T1内输入电压的平均值VI成正比。只要VIVREF，转换器就能将输入电压转换为数字量。,T2=TC,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
8、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转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。,2. 转换时间指从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。,并行比较A/D转换器转换速度最高；逐次比较型A/D转换器次之；间接A/D转换器的速度最慢。,本章小结,1A/D和D/A转换器是现代数字系统的重要部件，应用日益广泛。,5A/D转换器和D/A转换器的主要技术参数是转换精度和转换速度，在与系统连接后，转换器的这两项指标决定了系统的精度与速度。目前，A/D与D/A转换器的发展趋势是高速度、高分辨率及易于与微型计算机接口，用以满足各个应用领域对信号处理的要求。,2倒T型电阻网络D/A转换器中电阻网络阻值仅有R和2R两种，各2R支路电流Ii与Di数码状态无关，是一定值。由于支路电流流向运放反相端时不存在传输时间，因而具有较高的转换速度。,3在权电流型D/A转换器中，由于恒流源电路和高速模拟开关的运用使其具有精度高、转换快的优点，双极型单片集成D/A转换器多采用此种类型电路。,4不同的A/D转换方式具有各自的特点，并行A/D转换器速度高；双积分A/D转换器精度高；逐次比较型A/D转换器在一定程度上兼有以上两种转换器的优点，因此得到普遍应用。,