第九章 数模和模数变换器

1、(7-1)电子技术电子技术数字电路部分数字电路部分第九章第九章 数数/ /模与模模与模/ /数变换器数变换器(7-2)第九章第九章 数数/模与模模与模/数变换器数变换器9.1 概述概述9.2 D/A 变换器变换器9.3 A/D 变换器变换器(7-3)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 A / / D D）转换转换: :A Analognalog to D to Digitaligital C Converteronverter（ADCADC）数数 / / 模（模（）转换）转换: :D Digital toigita

2、l to A Analognalog C Converter onverter DACDAC）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9 .1 概述概述(7-4)四、分类四、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/(7-5) 由于构成数字代码的每一位都有由于构成数字代码的每一位都有一定的一定的“权重权重”，因此为了将数字量，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码转换成模拟量，就必须将每一位代码按其按其

3、“权重权重”转换成相应的模拟量，转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加，即然后再将代表各位的模拟量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量，可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成这就是构成D/A变换器的基本思想。变换器的基本思想。 D/A变换器的电路形式很多，这里变换器的电路形式很多，这里只介绍两种。只介绍两种。9.2 D/A 变换器变换器(7-6)9.2.1 权电阻权电阻D/A变换器变换器 这种变换器由这种变换器由“电子模拟开电子模拟开关关”、“权电阻求和网络权电阻求和网络”、“运运算放大器算放大器”和和“基准电源基准电源”等部分等部分组成。组成。 UR+-AuoS2S3S1S0

4、RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D000115 kR = 80 k0011(7-7) 电子模拟开关电子模拟开关( ( S S0 0-S-S3 3) )由电子器件构成，其动作由电子器件构成，其动作受二进制数受二进制数D D0 0-D-D3 3 控制。控制。当当 D DK K 1 1 时，则相应的开关时，则相应的开关S SK K 接到位置接到位置1 1上，将基上，将基准电源准电源U UR R经电阻经电阻R Rk k引起的电流接到运算放大器的虚地引起的电流接到运算放大器的虚地点（如图中点（如图中S S0 0、S S1 1）；）；当当D Dk k0 0 时，开关时，开关S Sk k

5、 接到位置接到位置0 0 ，将相应电流直接，将相应电流直接接地而不进运放（如图中接地而不进运放（如图中S S2 2、S S3 3）。）。+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR = 80 k(7-8)T1T2SDa电子模拟开关的电子模拟开关的简化原理电路简化原理电路 当当 D D = 1= 1 时，时，T T2 2 管管饱和导通，饱和导通，T T1 1 管截止，管截止，则则 S S 与与 a a 点通点通 ； 当当 D D = 0= 0 时，时，T T1 1 管饱和导通，管饱和导通，T T2 2 管截管截止，则止，则 S S 被接

6、地被接地 。 前者相当于开关前者相当于开关S 接到接到 “ 1 ” 端端 ，后者，后者则则 相当于开关相当于开关S 接到接到“ 0 ”端端 。(7-9)Uo = - URRFR（）D3D0D1D223202122根据反相比例运算公式可得：根据反相比例运算公式可得： 显然，输出模拟电压的大小直接与输入显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的大小成正比，从而实现了数字量二进制数的大小成正比，从而实现了数字量 到模拟量的转换到模拟量的转换 。+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR = 80 k(7-10)9.2.3 DAC 9.

7、2.3 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 D/A 转换器模拟输出产生的转换器模拟输出产生的最小电压变化量最小电压变化量与与满满刻度输出电压刻度输出电压之比，也可用输入的位数表示。之比，也可用输入的位数表示。为为实际输出实际输出与与理想输出理想输出模拟电压间的最大误差。模拟电压间的最大误差。 ULSBUFSR=12n1分辨率分辨率=LSBLSB L Least east S Significant ignificant B Bitit2.2.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

8、或可用最低有效位（低有效位（LSBLSB）的倍数表示。）的倍数表示。如如: : （LSBLSB）= = 输入为输入为 0 001 01 时输出模拟电压的一半时输出模拟电压的一半。1.1.分辨率分辨率（ResolutionResolution）FSRFSR F Full ull S Scale cale R Rangeange(7-11)二、转换速度二、转换速度1. 1. 建立时间建立时间 t ts st ts s 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 0 变为全变为全 1 1，或由或由全全 1 1 变为全变为全 0 0）, , 输出输出 电压达到某一规定值所需时间电压达到某

9、一规定值所需时间 。不包含不包含 U UREF REF 和运放的单片和运放的单片 DAC DAC 最短最短 t ts s 0.1 0.1 s s；包含包含U UREF REF 和运放的单片和运放的单片 DAC DAC 最短最短 t t s s 1.5 逐次比较型逐次比较型 双积分型双积分型(7-26)9.3.6 9.3.6 几种几种A/DA/D转换器的性能比较转换器的性能比较一、一、A/DA/D类型：类型：直接直接 A/DA/D反馈比较型：反馈比较型：逐次比较型逐次比较型，计数型。，计数型。间接间接 A/DA/D电压电压- -时间变换型（时间变换型（V V - -T T）：）：双积分型双积分型电压电压- -频率变换型（频率变换型（V V- - F F）并联比较