上课用第十一章

《数字电子技术基础》（第五版）教学课件

刘伯恕福州大学电气工程与自动化学院电工电子教学中心第十一章

数-模（D/A）和模-数（A/D）转换A-模拟量D-数字量D/A－数字量转换成模拟量A/D－模拟量转换成数字量模拟量是连续的，数字量是离散的。11.1概述一、用途及要求精度速度随着计算机的广泛应用，用数字电路处理模拟信号的情况比较普遍了。计算机的输出是数字量，为了控制执行机构，必须把数字量再转换成模拟量。为了用数字电路处理模拟信号，必须将模拟量转换成数字量。用途：要求：误差有多少完成转换需要多少时间11.2D/A转换器D1101…D/AA(电压或电流)

？D/A转换的输出就是与输入的数字量成比例的模拟量。分类11.2D/A转换器

D/A转换器11.2.1权电阻网络D/A转换器一、电路结构和工作原理最低位最高位数字量输入模拟量输出虚地模拟开关

虚地虚地优缺点：1.优点：简单2.缺点：电阻值相差大，难于保证精度，且大电阻不宜于集成在IC内部D11.2.2倒T形电阻网络DAC希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流虚地各路电流具体是多少呢？RRRR不论开关往哪打，这里都是接地（“地”或“虚地”）虚地等比级数求和美国一家公司的名字AD7520是CMOS低功耗10位D/A转换器，内部采用倒T型电阻网络结构。10位数字输入运放没集成在里边5～15V使用时将16脚接Vo或再串电阻接至Vo11.2.6具有双极性输出的DAC当输入数字量有±极性时，希望输出的模拟电压也对应为±。一、原理例：输入为3位二进制补码。最高位为符号位，正数为0，负数为1补码输入对应的十进制要求的输出D2D1D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4V原码输入对应的输出偏移后的输出D2D1D0111+7V+3V110+6V+2V101+5V+1V100+4V0V011+3V-1V010+2V-2V001+1V-3V0000V-4V补码输入对应的十进制要求的输出D2D1D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4VD/A*将符号位反相后接至高位输入

*将输出偏移使输入为100时，输出为01二、电路实现*将符号位反相后接至高位输入

*将输出偏移使输入为100时，输出为011.2.7DAC的转换精度与速度一、转换精度分辨率（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2n个不同的等级电压，区分出输入的00···0到11···1，2n个不同状态2.转换误差（实际精度）用最低有效位的倍数来表示有时也用绝对误差与输出电压满刻度的百分数来表示

例如给出的转换误差等于LSB，即表示输出电压的绝对误差等于输入只有最低位有效（为1）时其输出电压的一半D/A转换器的位数越高,分辨输出电压的能力就越强。P520二、误差分析三、转换速度（自学）D1101…A/DA(电压或电流)

？11.3A/D转换器11.3.1A/D转换的基本原理

输入连续变化电压，输出为不连续的数字量要把模拟量转化为数字量一般经过四个步骤，分别称为取样、保持、量化、编码。模拟信号的特点：时间连续，幅值连续。数字信号的特点：时间离散，幅值离散。时间离散化幅值离散化A/D转换的过程：先对输入的模拟电压信号取样，取样结束后进入保持时间，在这段时间内将取样的电压量化为数字量，并按一定的编码形式给出转换结果。然后开始下一次取样。取样控制信号取样控制信号为了不失真地恢复原始模拟信号，取样信号必须有足够高的频率。2二、量化和编码量化：将采样-保持后的电压表示最小数量单位（Δ）的整数倍。最小数量单位称为量化单位，用Δ表示。数字信号最低有效位（LSB）的1所代表的数量大小就等于Δ。量化误差：当采样电压不能被Δ整除时，将引入量化误差。量化误差不可避免。3.编码：量化后的结果用代码表示出来（二进制，二-十进制）。这个数值代码就是A/D转换器输出的数字量。用四位二进制码表示，量化误差1/16V，位数越多，量化误差越小。。例：把0—1V的模拟电压转换成3位二进制代码取最小量化单位Δ=Um/2n(其中，Um为输入模拟电压的最大值，这里为1V，要转化为3位二进制代码，n=3,则

=1/8V将0—Δ之间的模拟电压归并到0·Δ,把Δ—2Δ之间的模拟电压归并到1·Δ,依次类推。这种方法产生的最大量化误差为Δ经量化后的信号幅值均为Δ的整数倍.在量化过程会产生量化误差.取最小量化单位Δ=2/15V.0～1/15V认为是0·Δ，1/15～3/15V认为是1·Δ

，类推。改变量化方法，也可减小量化误差：如，1代表1/15～3/15V，我们认为模拟量是2/15V。量化误差是1/15V,是Δ/2.量化误差跟什么有关？位数越多，量化误差越小，同时也与量化方法有关。11.3.2取样保持电路！加大输入电阻！减小输出电阻！Av=1几种常见的ADC：ADC电路分为直接型和间接型两大类。直接型是通过一套基准电压与取样保持电压进行比较,从而将模拟量直接转换成数字量。其特点是工作速度高,转换精度容易保证,调准也比较方便。

间接法是将取样后的模拟电压信号先转换成一个中间变量（时间t或频率f）,然后再将中间变量转换成数字量。其特点是工作速度较低,但转换精度可提高,且抗干扰性强。11.3.3并联比较型A/D转换器并联比较型量化输入→量化→编码111110101100011010001000输入虽有7位，但只有8种情况，所以输出只要3位。例如,假设模拟输入电压ui=3.8V,UREF=8V。当模拟输入电压ui加到各级比较器时,由于

因此比较器的输出C7～C1为０００１１１１。在时钟脉冲作用下,比较器的输出存入寄存器,经代码转换电路输出A/D转换结果:d2d1d0＝１００。这也就是并联比较型A/D转换器的工作过程。2、特点*快，比较器延迟时间小。一个CLK触发信号就完成一次A/D转换，只需几十纳秒*电路规模大，n位需要2n-1比较器，触发器*

成本高。11.3.4反馈比较型A/D转换器计数型（自学）2、逐次渐近型！电路不太复杂！较快100003位：5个CLKn位:(n+2)个CLK11.3.5双积分型A/D转换器（自学）11.3.6V-F变换型A/D转换器（自学）11.3.7ADC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：10纳秒 逐次渐近型：10~100微秒/次 双积分型：几百毫秒/次二、转换精度分辨率：以输出二进制的位数表示，如8位、10位等。位数越多，量化误差越小，转换精度越高。转换误差：转换误差表示ADC实际输出的数字量和理想数字量之间的差别。例如，转换误差≤LSB就表明ADC实际输出的数字量与理想的数字量之差不大于ADC最低有效位为1的一半。1.分