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1、回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 1 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 7.1 D/A转换器转换器 7.2 A/D转换器转换器 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 2 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称 A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为 数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通 模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。 多 路 开 关数 字 控
2、制 计 算 机DACADC功率放大 功率放大执行机构 执行机构加热炉 加热炉温度传感器 温度传感器信号放大 信号放大多 路 开 关概述概述 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 3 压力, 温度,流量,液位等通过传感 器转变成相应的电压或电流的模 拟信号 由DAC转换成模拟量信号 的电压和或电流 数字计算机工业控制系统示意图数字计算机工业控制系统示意图 由计算机依次选通， 进入ADC转换成数字量信号 经过计算机数据处理， 输出为数字量 计算机选择某一执行机构， 去调节控制对象。 回首页 第第7章章 数模与模数转换
3、电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 4 7.1.1 R-2R倒T形电阻网络DAC基本原理 7.1.2 集成D/A转换器AD7520电路结构和应用 7.1.3 D/A转换器的主要技术指标 7.1 D/A转换器转换器 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 5 1 1、R R- -2R2R倒倒T T形电阻网络形电阻网络DACDAC基本原理图基本原理图 模拟开关S3- S0表示 四位 二进制数 四位的二进制数 当Di=1表示Si接1,电阻 上通过电流流向I01 当Di=0
4、即表示开头接0,流过相 应电阻的电流流向I02到地端 各节点向右看的二端网 络的等阻值为R 等效电路为 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 6 由基准电源VREF供出电流 为:IR=VREF/R 因此由节点D分出去的两路支路电流必相等,则有 3 333334 41 1 2 2RR2I= I=I=I2回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 7 同理可以得出：同理可以得出： 当当DI=1时，表示相应的时，表示相应的Ii流向流向IO1,
5、0 0001001R412=22IIII1 1112112R412=22IIIIIIII2223R412=223210REF O132104VI=D2 + D2 + D2 + D22RR-2R倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 8 运算放大器和运算放大器和T T形网络中各支路电阻、反馈电阻组成反形网络中各支路电阻、反馈电阻组成反 相求和运算电路。可得输出电压为：相求和运算电路。可得输出电压为： 若取若取Rf=R,则则D/A转换后的输出电压表示为转换后的输出电压表示为
6、: 同理同理,当当Di为为n位的二进制数位的二进制数,则相应则相应 R-2R 倒倒T 形电阻形电阻 网络也有网络也有n个节点个节点,则则D/A转换后的输出电压为转换后的输出电压为: REF oVuN 1042REF onVuN 102回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 9 AD7520电路的内部电路结构电路的内部电路结构 2 2、集成、集成D/AD/A转换器转换器AD7520AD7520电路结构和应用电路结构和应用 符符 号号 图图 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月
7、16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 10 当 R=10k,2R=20k,故RF=10k, 根据公式 则转换后的输出电压为: 其中T1-T7构成两个互为 倒相的CMOS反相器。 当Di = 1 时,T1导通,T4,T5 为高电平,T6,T7为低电 平,T8截止,T9导通,Ii 流向I01 当D0=0时,T9截止,T8导通,Ii 流向I02起到电流模拟开关 作用。 REF oVuN 10102REF onVuN 102CMOS电流开关电流开关 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 11 应用电路应用电路 AD7
8、520D/A转换器可用作单极性电压或双极性电压输出 1.单极性输出应用电路单极性输出应用电路 当D9-D0数码为全1时,其对应的十进制数为: 210-1=1023 数数 码码 输输 入入 模拟电压输出模拟电压输出 AD7520单极性输入与输出关系单极性输入与输出关系 (1023/1024VREF) D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 U0 . (513/1024VREF) (512/1024VREF) (511/1024VREF) . . . . (1/1024VREF) 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1
9、 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 12 例:AD7520 D/A 转换器组成的DAC电路中,已知VREF=10V,求当 输入数码为37C(H)时，转换成单极输出电压为多大? 解解:求出37C(H)对应的十进制数 37C(H) = (0011 0111 1100)2 = (892)10 = N10 故 UO = - VREF/210 。 N10 = - 10/1024
10、 892 = - 8.71V 单极性输出电路单极性输出电路 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 13 3、D/A转换器的主要技术指示转换器的主要技术指示 一、分辨率一、分辨率 分辨率是指对输出最小电压的分辨能力。它是输入数码只有最低有效位 为1时的输出电压与输入数码为全1时输出满量程电压之比。可表示为: 对于10位 D/A 转换器的分辨率为 二、绝对误差二、绝对误差 绝对误差又称绝对精度,是指当输入数码为全1时所对应实际输出电压 与电路理论值之差。 三、转换精度三、转换精度 一般是指最大的静态误差。它是一个综合
11、性误差，包括基准电的漂移 误差、 运放漂移误差、比例系数误差以及非线性误差等。 10101 10.0009780.0009782-12-1n1 21回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 14 模拟电压信号模拟电压信号 二进制数码二进制数码 A/D转换器 直接A/D 并联比较型 反馈比较型 计数型 逐次比较型 间接A/D 电压-时间变换型(V-T型) 双积分型为主 电压-频率变换型(V-F型) 压控振荡器 转 换 器 类 型A D C 7.2 A/D转换器转换器 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换
12、电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 15 A /D 转换转换的基本原理的基本原理 ADC D0 D1 Dn-2 Dn-1 uI 模拟输模拟输 入信号入信号 n 位二进制数输出位二进制数输出 D = Dn-1 Dn-2 D1 D0 输出数字量输出数字量 D 正比于输入模拟量正比于输入模拟量 uI 。 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 16 采样：采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。 保持：保持：保持采样信号保持采样信号，使有充
13、分时间转换为数字信号。使有充分时间转换为数字信号。 量化：量化：把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的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。整数倍表示。 编码：编码：把量化的结果用二进制代码表示。把量化的结果用二进制代码表示。 A/D A/D 转换的转换的一般步骤一般步骤 uI(t) 量化量化 编码编码 电路电路 Dn- -1 D1 D0 uI (t) 采样保持电路采样保持电路 输入模拟量输入模拟量 输出数字量输出数字量 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 17 集成采样集成采样/ /保持电路
14、保持电路LF398(SHMLF398(SHM- -LMLM- -2)2)简介简介 模拟电子开关 A1为运算放大器, 具有工作速度高 和失调电压低的 特点. LF398电路结构及外部元件连接图电路结构及外部元件连接图 运算放大器A2，具有噪 声低和输入阻抗高的特 点。 为开关驱动器 回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 18 集成采样集成采样/ /保持电路保持电路LF398(SHMLF398(SHM- -LMLM- -2)2)简介简介 LF398电路结构及外部元件连接图电路结构及外部元件连接图 当ULUREF+UT 时，S闭合。 当UL0, 所以所以uO0。 S1接通接通a点点 积分器对积分器对 uI 积分积分 1 G开放，开放，CP进入计进入计 数器开始计数。数器开始计数。 积分器输出为：积分器输出为： u u ( )T I OIuTtdtuCRRC 1 1 1 01n C ITuRC 2回首页 第第7章章 数模与模数转换电路数模与模数转换电路 2012年年12月月16日星期日日星期日 西华师范大学 岳淼 22 第二次积分第二次
