数模与模数转换器

1、第七章第七章 数数/模与模模与模/数转换器数转换器 本章要求： 了解几种典型转换电路的基本工作原理，输出量和输入量之间的定量关系、主要特点，以及转换精度和转换速度的概念与表示方法。一、数一、数/模和模模和模/数器是模拟、数字系统间的桥梁数器是模拟、数字系统间的桥梁模模 / 数数（A / D）转换转换:Analog to Digital Converter （ADC）数数 / 模（模（）转换）转换:Digital to Analog Converter （DAC）数字计算机数字计算机模拟系统模拟系统A/DD/A二进制二进制线性线性存储存储分析分析控制控制物理物理 生物生物 化学化学二、二、 常见

2、常见数模、模数转换器应用系统举例数模、模数转换器应用系统举例压力传感器压力传感器温度传感器温度传感器流量传感器流量传感器四四路路模模拟拟开开关关数数字字控控制制计计算算机机DAC模拟控制器模拟控制器模拟控制器模拟控制器液位传感器液位传感器DACDAC模拟控制器模拟控制器模拟控制器模拟控制器生生 产产 控控 制制 对对 象象DACADC三、三、A / D、D / A 转换器的精度和速度转换器的精度和速度精度精度保证转换的保证转换的准确性准确性速度速度保证保证适时控制适时控制一、数一、数/模和模模和模/数器是模拟、数字系统间的桥梁数器是模拟、数字系统间的桥梁模模 / 数数（A / D）转换转换:A

3、nalog to Digital Converter （ADC）数数 / 模（模（）转换）转换:Digital to Analog Converter （DAC）数字计算机数字计算机模拟系统模拟系统A/DD/A二进制二进制线性线性存储存储分析分析控制控制物理物理 生物生物 化学化学二、二、 常见常见数模、模数转换器应用系统举例数模、模数转换器应用系统举例压力传感器压力传感器温度传感器温度传感器流量传感器流量传感器四四路路模模拟拟开开关关数数字字控控制制计计算算机机DAC模拟控制器模拟控制器模拟控制器模拟控制器液位传感器液位传感器DACDAC模拟控制器模拟控制器模拟控制器模拟控制器生生 产产 控

4、控 制制 对对 象象DACADC三、三、A / D、D / A 转换器的精度和速度转换器的精度和速度精度精度保证转换的保证转换的准确性准确性速度速度保证保证适时控制适时控制7.1.1 D / A转换的基本要求转换的基本要求1. D / A转换思路转换思路d0d1dn-1uO或或iOn 位位二进制二进制如如 ( (1101) )213148212121023 10210niiidN可利用运算放大器实现运算可利用运算放大器实现运算2. 转换特性转换特性DuO/V7654321001 010 011 100 101 110 111一、输入、输出关系框图一、输入、输出关系框图二、二、D/A 转换的电路

5、组成转换的电路组成RRR2R2R2R2RUREFS0S1S2d0d0d1d2d1d2电子电子开关开关电阻网络电阻网络求和运放求和运放当当 d2d1d0 = 100,II / 2I / 4I / 8I/2I = UREF / RRIu2O RRU2REF 23REF212 UuO三、工作原理三、工作原理当当 d2d1d0 = 110,IRRR2R2R2R2RUREFuOI / 2I / 4I / 8RIIu)42(O )2121(2123REF URRURU)42(REFREF 当当 d2d1d0 = 111,IRRR2R2R2R2RUREFuOI / 2I / 4I / 8RIIIu)842(

6、O )212121(20123REF URRURURU)842(REFREFREF 表达的一般形式表达的一般形式)222(20011223REFO dddUu三、输入为三、输入为 n 位二进制数时的表达式位二进制数时的表达式当当 D = dn-1 dn-2 d1 d0 )22.2(2001111REFO dddUunnnDKDUun uREFO2Ku 转换比例系数转换比例系数nUK2REFu 7.1.2 DAC 的转换精度、速度和主要参数的转换精度、速度和主要参数一、转换精度一、转换精度指指 D/A 转换器模拟输转换器模拟输出产生的最小电压变化量出产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比，与满

7、刻度输出电压之比，也可用输入的位数表示。也可用输入的位数表示。为实际输出模拟电压与理想输出模拟电压间的最为实际输出模拟电压与理想输出模拟电压间的最大误差。大误差。 ULSBUFSR=12n1分辨率分辨率=LSB Least Significant Bit( (二二) )转换误差转换误差可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最低有效位（低有效位（LSB）的倍数表示。）的倍数表示。如如: （LSB）= 输入为输入为 0001 时输出模拟电压时输出模拟电压的一半。的一半。( (一一) )分辨率分辨率（Resolution）FSR Full Scale Ra

8、nge二、转换速度二、转换速度( (一一) )建立时间建立时间 ts ts 为在大信号工作下（输入由为在大信号工作下（输入由全全 0 变为全变为全 1，或由或由全全 1 变为全变为全 0）, 输出输出 电压达到某一规定值所需时间电压达到某一规定值所需时间 。不包含不包含 UREF 和运放的单片和运放的单片 DAC 最短最短 ts 0.1 s；包含包含UREF 和运放的单片和运放的单片 DAC 最短最短 t s 0，uO 0 3. 分辨率分辨率单极性输出单极性输出： 分辨率分辨率121 n分辨率分辨率 = =1211 n5G7520 为为 10 位位 D / A 转换器，转换器，分辨率分辨率 = =000978. 01023112110 当当 URE