电子基础技术实践 6

第7章模数数模转换电子技术基础理论与实践教学目标掌握倒T形电阻网络D/A转换器的工作原理；了解A/D转换的基本步骤。3一般数字控制系统压力传感器温度传感器流量传感器四路模拟开关数字控制计算机DAC……模拟控制器模拟控制器液位传感器DAC…DAC…模拟控制器模拟控制器装备、生产控制对象

DACADC物理量二进制信号模拟信号47.1.3倒T形电阻网络D/A转换器

7.1.4D/A转换器的技术指标7.1D/A转换器

7.1.1D/A转换器工作原理

7.1.2D/A转换器的组成7.1.1D/A转换工作原理…d0d1dn-1DACvO或iO

(1101)267.1.1D/A转换工作原理D/A转换的基本思想转换特性DvO/V76543210010100111001011101117数字量输入7.1.2D/A转换器的组成模拟量输出数码寄存器

用来暂时存放输入的数字量产生权电流解码网络

由输入数字量控制n位模拟开关求和电路

将权电流相加产生与输入成正比的模拟电压8

D/A转换器的分类按解码网络结构分类T型电阻网络DAC倒T形电阻网络DAC权电流DAC权电阻网络DAC按模拟电子开关电路分类CMOS开关型DAC双极型开关型DACD/A转

换

器7.1.3倒T形电阻网络D/A转换器Di=0,Si则将电阻2R接地Di=1,Si接运算放大器反相端，电流Ii流入求和电路

电阻网络模拟电子开关求和运算放大器输出模拟电压输入4位二进制数基准电压107.1.3倒T形电阻网络D/A转换器4位倒T形电阻网络D/A转换器LeastSignificant

BitMostSignificantBitI0I1I2I3解码网络求和电路D/A转换器的倒T形电阻网络基准电源VREF提供的总电流为：I=？流过各开关支路的电流：I3=？I2=？I1=？I0=？I/4I/8I/16RRRRI/2I/4I/8I/16I/2I3I2I1I0流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。127.1.3倒T形电阻网络D/A转换器7.1.3倒T形电阻网络D/A转换器14若VREF=-10V，求对应D3D2D1D0分别为1000、0100和0010、0001时输出电压值。课堂讨论

D/A转换器的最大输出电压的绝对值可达到基准电压VREF（

）课堂讨论16集成D/A转换器

ADI(亚德诺)半导体技术公司从位于美国马萨诸塞州剑桥市一座公寓大楼地下室的简陋实验室开始起步——经过40多年的努力，发展成全世界特许半导体行业中最卓越的供应商之一。AD7533D/A转换器1710位CMOS电流开关型D/A转换器187.1.4D/A转换器的主要技术指标DAC对输入微小量变化敏感程度的表征。用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比给出。1.分辨率0000001101101001110011111035710111315vO/kDI11011LSBFSRFullScaleRange(1)基准电压稳定性好；(2)倒T形电阻网络中R和2R电阻比值的精度要高；(3)每个模拟开关的开关电压降要相等。2.转换精度202.转换精度转换精度是指对给定的数字量，D/A转换器实际值与理论值之间的最大偏差。产生原因：由于D/A转换器中各元件参数值存在误差，如基准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差和非线性误差等3、转换速度21脉冲波产生电路7.2

D/A转换器的应用22脉冲波产生电路基本原理ADCD0D1Dn-2Dn-1…vI模拟输入信号n

位二进制数输出

D=Dn-1

Dn-2

D1

D07.3模数转换器采样时间上离散的信号保持、量化量值上离散的信号编码模拟信号时间上和量值上都连续数字信号时间上和量值上都离散7.3.1A/D转换过程

采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。

保持：保持采样信号，使有充分时间转换为数字信号。

量化：把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的整数倍表示。

编码：把量化的结果用二进制代码表示。A/D转换的一般步骤vi(t)C量化编码电路Dn-1D1D0…vi

(t)S采样保持电路输入模拟量输出数字量按照一定的时间间隔抽取模拟信号的过程?(a)(b)(c)采样tutS(t)00为信号数字化做好准备保持

7.2A/D转换器（ADC)保持：两次采样之间，要将所采样的模拟信号保持一段时间。为了给量化编码提供一定时间的稳定值。vctvi0tS(t)0采样—保持电路量化与编码量化：

将采样电压转化为数字量最小数量单位的整数倍的过程。用表示编码：将量化结果用代码表示出来。量化误差：由于模拟量不一定能被整除。量化方式LeastSignificant

Bit把采样电压转换为以最小单位电压Δ的整数倍5.0v3.5v5.6v7.0v6.2v2.7v355762456763舍去小数四舍五入量化

LeastSignificant

Bit08V1234567舍去小数法012345676.57.5V0.51.52.53.54.55.50四舍五入法最大量化误差=/2=0.5V01234567=1V==1V量化误差

用二进制代码来表示量化结果5.0v3.5v5.6v7.0v6.2v2.7v456763100101110111110011

编码7.3.2A/D转换器分类——并行比较型3位并行比较型A/D转换器3位并行比较型A/D转换器输入与输出关系对照表一个n位并行转换器需要2n-1个比较器，位数越多，电路越复杂。7.3.2A/D转换器分类——并行比较型7.3.2A/D转换器分类——逐次逼近型其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克,每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g

18g8g<13g，12g<13g，14g>13g，13g＝13g，8g12g12g13g暂时结果砝码重比较判断顺序保留保留撤去保留7.3.2A/D转换器的分类1.并行比较型2.逐次比较型精度较高、结构简单功耗较低，但转换速度受限，适用于中低速模拟信号采集场景。一个n位并行转换器需要2n-1个比较器，位数越多，电路越复杂。3.双积分型A/D转换器（自主学习）属于电压－时间变换的间接A/D转换器。基本原理是将一段时间内的输入模拟电压

Ui

和参考电压UR通过两次积分，变换成与输入电压平均值成正比的时间间隔,再变换成正比于输入模拟信号的数字量。7.3.2A/D转换器的分类7.3.3A/D转换器的技术指标1.分辨率（转换精度）以输