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1、数字电路基础 阎石 第十一章 数-模和模-数转换.txt 如果我穷得还剩下一碗饭 我也会让你先吃饱全天下最好的东西都应该归我所有，包括你！先说喜欢我能死啊?别闹，听话。有本事你就照顾好自己，不然就老老实实地让我来照顾你！数字电路基础 阎石 第十一章 数-模和模-数转换.txt10 有了执著，生命旅程上的寂寞可以铺成一片蓝天；有了执著，孤单可以演绎成一排鸿雁；有了执著，欢乐可以绽放成满圆的鲜花。 本文由baoyizhong0 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。数字电子技术基础 （第五版）教学课件 数字电子技术基础第十一章 数-模（D/
2、A）和模-数（A/D）转换 模（D/A）和模-数（A/D）转换11.1 概述 一、用途及要求电加热炉控制 对象执行机构传感器 热电偶放大器A/D 转换微型计算机温 度D/A 转换！精度 ！速度时间三、分类权电阻网络 DAC ?倒 T 形电阻网络 DAC ? ? D / A?权电流型 DAC ?开关树型 DAC ? ?权电容网络 DAC ?并联比较型 ?直接型? ? ?反馈比较型 A / D? ?间接型?V ? T 变换型 ? ? ?V ? F 变换型 ?11.2D/A 转换器 D/A 转换器D 111101A(电压 或 电流)D/A？11.2.1 权电阻网络 D/A 转换器 权电阻网络 D/A
3、 转换器 一、电路结构和工作原理求和放大器权电阻网络模拟开关负反馈放大器： 设 A 为理想放大器，即 AV = , i I = 0, RO = 0 当接成深度负反馈时， 必有 V? V+ = 0，且 i I = 0求和放大器权电阻网络权电流：I i = VREF I0 = I1 = VREF VREF VREF VREF 23 R 22 R 21 R 20 RRi模拟开关 I2 = I3 =d i = 0 时，I i = 0S3 S 0 受数字 d 3 d 0 控制d i = 1 时，I i 流向 点求和放大器权电阻网络模拟开关优缺点： 优缺点： ? 1. 优点：简单 优点： ? 2. 缺点：
4、电阻值 缺点： 相差大， 相差大，难于保 证精度，且大电 证精度， 阻不宜于集成在 IC 内部 IC 内部输出电压：VO = ? RF i = ? RF ( I 3 + I 2 + I1 + I 0 ) VREF VREF VREF VREF = ? RF ( d3 + d 2 + 2 d1 + 3 d 0 ) R 2R 2 R 2 R V = ? REF ( 23 d 3 + 2 2 d 2 + 21 d1 + 20 d 0 ) 24RF = R211.2.2 倒 T 形电阻网络 DAC 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RRRRI I I I ? ? i =
5、d 3 ( ) + d 2 ( ) + d1 ( ) + d 0 ( ) 2 4 8 16 d i = 0 时，I i 流入地端 ? VREF 1 VO = ? Ri = ? R (d 3 23 + d 2 2 2 + d1 21 + d 0 20 ) R 24 VREF =? 4 D 2d i = 1 时，I i 流入 iVREF 1 (d 3 23 + d 2 2 2 + d1 21 + d 0 20 ) VO = ? Ri = ? R R 24 VREF =? 4 D 2 对 n 位输入时，应有 V 1 VO = ? Ri = ? R REF n (d n ?1 2 n?1 + d n
6、? 2 2 n ? 2 + ? + d1 21 + d 0 2 0 ) R 2 VREF =? n D 22n ? 1 Dn 范围为 0 2 ? 1, VO = 0 ? n VREF 2nVREF 取“负”则得 VO 为“正”实例：CB 752011.2.6 具有双极性输出的 DAC 具有双极性输出的 DAC 当输入数字量有 当输入数字量有极性时， 希望输出的模拟电压也对应为 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 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 负数为 1补码输入 D1 1 1 0 0 1 1
7、0 0 D2 0 0 0 0 1 1 1 1 D0 1 0 1 0 1 0 1 0 对应的 十进制 要求的 输出 +3 +2 +1 0 -1 -2 -3 -4 +3V +2V +1V 0V -1V -2V -3V -4VD/A补码输入 D2 0 0 0 0 1 1 1 1 D1 1 1 0 0 1 1 0 0 D0 1 0 1 0 1 0 1 0 对应的 十进制 +3 +2 +1 0 -1 -2 -3 -4 要求的 输出 +3V +2V +1V 0V -1V -2V -3V -4V 原码输入 D2 1 1 1 1 0 0 0 0 D1 1 1 0 0 1 1 0 0 D0 1 0 1 0 1
8、0 1 0 对应的 输出 +7V +6V +5V +4V +3V +2V +1V 0V 偏移后 的输出 +3V +2V +1V 0V -1V -2V -3V -4V1*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 0 二、电路实现1. VREF = ?8V8 则 VO = 3 (d 2 2 2 + d1 21 + d 0 20 ) 2 000 VO = 0V 2.偏移 ? 4V , 使输入 100 时，VO = 0 001 VO = 1V 则 d 2 d1d 0 = I VREF 111 VO = 7V 输入 100时，i = = 2 2R 100 VO = 4V*将符
9、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 0VB I VREF 只需令 I B = i = = 即可 RB 2 2R11.2.7 DAC 的转换精度与速度 DAC 的转换精度与速度一、转换精度 1. 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 0 2n-1 个不同的等级电压，区分出输 DAC,应能输出 0 入的 000 到111， 入的 000 到 111， 2n-1 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二、误差分析1.?VREF 引起的误差 VR
10、EF ?VREF VO = ? n Dn ? ?VO = ? Dn n 2 22.漂移误差 由 OpA 零点漂移导致的曲线漂 移3.非线性误差 模拟开关的导通内阻不 为 0，电阻网络的偏差引起* 总误差：几种误差的绝 对值相加5G 例： 7520 10 位倒 T 形 DAC ）中，若保证由 V REF 偏差引起的误差 VI , 则保留 1 若? ?VO VI , 则去掉“1” ，改为“0” 2.再将次高位置“1” ? n. 只要比较 n 次就够了！电路不太复杂 ！较快3 位：5 个 CLK N 位: ( n+2)个 CLK1000011.3.5 双积分型 A/D 转换器 双积分型 A/D 转换
11、器双积分型（V 双积分型（V-T 变换型） 先将 V 先将 V 转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间 内用固定频率脉冲计数1.起始状态：计数器清零 2.VL = 1, 转换开始( S 0 断开) 第一步，S1 VI，积分器作固定时间 T1 的积分 T1 期间 VI 不变 1 T1 VI T1 VO = ? dt = ? VI 0 C R RC 所以 VO VI 第二步： S I ?V REF 积分器作反相积分，至 VO = 0 VO = VREF V dt ? I T1 = 0 0 R RC V REF V T T2 = I T1 ? T2 = 1 V I RC RC V REFT2
12、1 C令计数器在 T2 期间用固定的频率 f C (TC = 则 T1 D = T2 f C = VI TCVREF1 )脉冲计数， fCT1 D = T2 f C = VI TCVREF 若 T1 = NTC ? D = N VREF VI电路实现2n 若 T1 = 2 n TC，D = VI VREF11.3.6 V-F 变换型 A/D 转换器 V- 变换型 A/D 转换器11.3.7 ADC 的转换速度与转换精度 ADC 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：1 微秒 并联比较型：1 微秒 逐次渐近型：10100 微秒/ 逐次渐近型：10100 微秒/次 双积分型：几十毫秒/ 双积分型：几十毫秒/次 二、转换精度 1. 分辨率：以输出二进制或十进制的位数表示，说明 A/D 转 分辨率：以输出二进制或十进制的位数表示，说明 A/D 转 换器对输入信号的分辨能力。 2. 转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出，表示实 际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别。1
