数字电路的基础知识教程第9章

1、第九章 数/模与模/数转换电路,9.1 D/A转换器,D/A转换器的基本原理 倒T型电阻网络D/A转换器 D/A转换器的主要技术指标,9.2 A/D转换器,A/D转换器的基本原理 并行比较型A/D转换器 逐次比较型A/D转换器 双积分型A/D转换器,9.1 D/A转换器,一 D/A转换器的基本原理,对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字/模拟转换。,二 倒T形电阻网络D/A转换器（4位）,所以，无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。,图中S0S3为模拟开关，由输入数码Di控制，,当Di=1时，

2、Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路；,当Di=0时，Si将电阻2R接地。,基准电流: I=VREF/R，,流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。,将输入数字量扩展到n位，则有：,可简写为：vO=KNB,输出电压：,总电流：,其中：,分析计算：,EWB演示D/A转换器,三 权电流型D/A转换器,为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器。,图示为一4位权电流D/A转换器原理电路。这组恒流源从高位到 低位电流的大小依次为I/2、I/4、I/8、I/16。,四. D/A转换器应用举例,DAC0808是8位权电流型D/A转换

3、器，其中D0D7是数字量输入端。 使用时，需要外接运算放大器和产生基准电流用的电阻R1。,当VREF=10V、 R1=5k、 Rf=5k时， 输出电压为：,DAC0808 D/A转换器输出与输入的关系（ 设VREF=10V）,1.转换精度,五 D/A转换器的主要技术指标,（2）转换误差比例系数误差、失调误差、非线性误差。,此外，也可用D/A转换器的最小输出电压(数字量：00000001)与最大输出电压(数字量：全1）之比来表示分辨率，N位D/A转换器的分辨率可表示为 1/（2n-1）。,2.转换速度,3. 温度系数在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度输出条件下温

4、度每升高1，输出电压变化的百分数作为温度系数。,（2）转换速率（SR）在大信号工作状态下模拟电压的变化率。,（1）分辨率D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实际应用中，常用数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。,（1）建立时间（tset）当输入的数字量发生变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需时间。最短可达0.1S。,vO= - KNB,最小 vO= - KNB = - K1,最大 vO= - KNB = - K(2n-1),9.2 A/D转换器,一A/D转换的一般步骤,由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为： 取样、

5、保持、量化和编码。,二 取样保持电路,电路组成及工作原理（取Ri=Rf）:,当vL为高电平时，T导通，vI经Ri和T向电容Ch充电。vO=vI=vC。,当vL返回低电平后，T截止。Ch无放电回路，所以vO的数值可被保存下来。,基本原理：,三 并行比较型A/D转换器,3位并行比较型A/D转换器,并行比较型A/D转换器真值表,P96,集成优先编码器74148（8线-3线）,二 逐次比较型A/D转换器,1 转换原理：,Gd3g3+ d2g2+ d1g1+ d0g0,有效砝码的总重量逐次逼近重物的重量：,2 转换框图：,3 逻辑电路,1,0,1,1,1,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,1,0,

6、0,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,0,0,五双积分型A/D转换器,它由积分器、过零比较器（C）、时钟脉冲控制门（G）和定时器、计数器（FF0FFn）等几部分组成。,（2）第一次积分阶段,工作原理：,（1）准备阶段 计数器清零， 积分电容放电， vO=0V。,t=0时，开关S1与A端 接通，输入电压vI加到 积分器的输入端。积分 器从0开始积分：,由于vO0V，比较器输出vC=0，控制门G被关闭，计数停止。,同时，N级计数器又从0开始计数。,在此阶段结束时vO的表达式可写为：,设T2=t2t1，于是有：,设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为，则：,可见，T2与VI成正比，

7、T2就是双积分A/D转换过程的中间变量。,上式表明，计数器中所计得的数（=Qn-1Q1Q0），与在取样时间T1内输入电压的平均值VI成正比。只要VIVREF，转换器就能将输入电压转换为数字量。,T2=TC,六 A/D转换器的主要技术指标,（1）分辨率说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。 一般以输出二进制（或十进制）数的位数表示。因为，在最大输入电压一定时，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。,1. 转换精度,例如，相对误差LSB/2，就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。,（2）转换误差它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差

8、别。常用最低有效位的倍数表示。,2. 转换时间指从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。,并行比较A/D转换器转换速度最高；逐次比较型A/D转换器次之；间接A/D转换器的速度最慢。,本章小结,1A/D和D/A转换器是现代数字系统的重要部件，应用日益广泛。,5A/D转换器和D/A转换器的主要技术参数是转换精度和转换速度，在与系统连接后，转换器的这两项指标决定了系统的精度与速度。目前，A/D与D/A转换器的发展趋势是高速度、高分辨率及易于与微型计算机接口，用以满足各个应用领域对信号处理的要求。,2倒T型电阻网络D/A转换器中电阻网络阻值仅有R和2R两种，各2R支路电流Ii与Di数码状态无关，是一定值。由于支路电流流向运放反相端时不存在传输时间，因而具有较高的转换速度。,3在权电流型D/A转换器中，由于恒流源电路和高速