第十一章数模-模数转换

1、第第11章章 数模和模数转换数模和模数转换概述概述本章小结本章小结A/D 转换器转换器D/A 转换器转换器 一、数模和模数转换的概念和作用一、数模和模数转换的概念和作用 数模转换数模转换即将数字量转换为模拟电量即将数字量转换为模拟电量( (电压或电电压或电流流) )，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。 实现数模转换的电路称数模转换器实现数模转换的电路称数模转换器 Digital - Analog Converter，简称简称 D/A 转换器或转换器或 DAC。 模数转换模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出即将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输

2、入的模拟电量成正比。的数字量与输入的模拟电量成正比。 实现模数转换的电路称模数转换器实现模数转换的电路称模数转换器 Analog - Digital Converter，简称简称 A/D 转换器或转换器或 ADC。 为何要进行数模和模数转换？为何要进行数模和模数转换？ 二、分类二、分类变换型变换型间接型反馈比较型并联比较型直接型权电容网络开关树型权电流型形电阻网络倒权电阻网络FVTVDADACDACDACDACTDACAD/D/A转换器转换器D/A转换器简称转换器简称DAC=Digital to Analog ConverterDAC把把数字量数字量转换为转换为模拟量模拟量（电压或电流）。（电

3、压或电流）。D111101D/AA(电压电压 或或 电流电流)？ 1-n0iii00112n2n1n1nn2d2d2d2d2dD权电阻网络模拟开关求和放大器一、电路结构一、电路结构权电阻的权电阻的排列顺序排列顺序和权值的和权值的排列顺序排列顺序相反。相反。0000IOIViVVRiAA，且必有当接成深度负反馈时，为理想放大器，即设负反馈放大器：,权电阻网络模拟开关控制受数字0303ddSS点流向时，时，iiiiIdId100RVIRVIRVIRVIRVIREFREFREFREFiREFi031221302222权电流：二二 工作原理工作原理权电阻网络模拟开关求和放大器)()()(0011223

4、34031223012322222222ddddVdRVdRVdRVdRVRIIIIRiRVREFREFREFREFREFFFFO输出电压：2RRF4优缺点：优缺点：41. 优点：简单优点：简单42. 缺点：电阻值缺点：电阻值相差大，难于保相差大，难于保证精度，且大电证精度，且大电阻不宜于集成在阻不宜于集成在IC内部内部11.2.2 倒T形电阻网络DAC希望用较少类型的电阻，仍然希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流能得到一系列权电流RRRRRUIREF )()()()(16842010123IdIdIdIdiIdiIdiiii流入地端时，流入时，DVddddRVRRiVREFREFO4

5、0011223342222221)(DVddddRVRRiVnnREFnnnnnREFO222222100112211)(位输入时，应有对REFnnOnnVVD2120120,范围为为“正”取“负”则得OREFVVDVddddRVRRiVREFREFO40011223342222221)(一、转换精度1. 分辨率（理论精度）用输入数字量的二进制数码位数给出 n位DAC,应能输出0 2n-1个不同的等级电压，区分出输入的000到111， 2n-1个不同状态。用能分辨出的最小电压与最大电压之比来表示。2. 转换误差（实际精度）一般用最低有效位的倍数来表示11.2.7 DAC的转换精度与转换速度11

6、.3 A/D转换器转换器A(电压 或 电流) ？A/DD111101 在在A/D转换器中，由于输入模拟信号在时间上是转换器中，由于输入模拟信号在时间上是连续的，而输出数字信号是离散的，所以转换只能在连续的，而输出数字信号是离散的，所以转换只能在一系列选定的瞬间对输入模拟信号采样，然后再把这一系列选定的瞬间对输入模拟信号采样，然后再把这些采样值转换成输出数字量。些采样值转换成输出数字量。取取样样保保持持一一 取样定理取样定理(max)2isff 为保证能用取样信为保证能用取样信号表示原来的模拟号表示原来的模拟信号，取样频率要信号，取样频率要满足满足(max)53(isff 二、量化和编码1. 量

7、化：将采样电压表示为最小数量单位（）的整数倍2. 编码：将量化的结果用代码表示出来3. 量化误差：当采样电压不能被整除时，将引入量化误差111110101100011010001000111110101100011010001000输入信号1V7/8V6/8V5/8V4/8V3/8V2/8V1/8V0二进制代码输入信号二进制代码1V13/15V11/15V9/15V7/15V5/15V3/15V1/15V0代表的模拟电压7=7/8（V）6=6/8（V）5=5/8（V）4=4/8（V）3=3/8（V）2=2/8（V）1=1/8（V）0 =0 （V）代表的模拟电压7=14/15（V）6=12/15

8、（V）5=10/15（V）4= 8/15（V）3= 6/15（V）2= 4/15（V）1= 2/15（V）0 = 0 (V） 为低电平时，为低电平时，T截止。取样电截止。取样电容容CH上的电荷无泄放回路，上的电荷无泄放回路， 将将保持。保持。OL取样保持电路取样保持电路IFIORR 为高电平时，场效应管为高电平时，场效应管T导通导通,进行取样进行取样L取样控制信号 电路缺点：输入电阻电路缺点：输入电阻RI过大过大会降低取样速度；过小又会降会降低取样速度；过小又会降低输入阻抗。低输入阻抗。改进方法：在输入端加隔离放大器。改进方法：在输入端加隔离放大器。三 并联比较型A/D转换器并联比较型0000

9、0001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159RRVV011111115131511RRVV111111115151513RRVVRV151RV153RV155RV157RV159RV1511RV1513量化00000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159RRVV011111115131511RRVV111111115151513RRVV输入量化 编码1111101011000110100010002、特点*快，CLK触发信号到达到输出稳定建立只需几十纳秒*精度，受参考电压、分压网络等因素影响*有存储器，不需要S/H电路*电路规模，n位需要2n-1比较器，触发器11.3.7 ADC的转换速度与转换精度一、速度取决于电路结构类型并联比较型：1微秒逐次渐近型：10100微秒/次双积分型：几十毫秒