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1、第十一章 数-模（D/A）和 模-数（A/D）转换11.1 概述 一、用途及要求传感器放大器A/D 转换微型计算机控制 对象D/A 转换温 度时间！精度！精度 ！速度！速度电加热炉热电偶执行机构二、分类11.2 D/A转换器D111101 D/AA(电压 或 电流)？11.2.1 权电阻网络D/A转换器 一、电路结构和工作原理v优缺点：v1. 优点：简单v2. 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11.2.2 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RRRR11.2.3权电流型D/A转换器 1.电路组成 下图所示为四位权电流型D/A转
2、换器的原理图。它由权 电流I/16、I/8、I/4、I/2,电子模拟开关S0、S1、S2、S3, 基准电压UREF及求和运算放大器组成。电子模拟开关S0S3受输入数字信号d0d3控制,如果 第i位数字信号di=1,则相应的开关Si将权电流源接至运 算放大器的反相输入端；若di=0,其相应的开关将电流 源接地。权电流型 D/A转换器恒电流源电路经常使用如图所示的电路结构形式。只 要在电路工作时UB和UEE稳定不变,则三极管的集电极 电流可保持恒定,不受开关内阻的影响。电流的大小近似为 权电流D/A转换 器中的电流源 2.工作原理 在权电流型D/A转换器中,有一组恒电流源,每个恒电流 源的大小依次
3、为前一个的1/2,和二进制输入代码对应的 权成正比。 输出电压为 可见,输出电压u0正比于输入 的数字量,实现了数字量到模 拟量的转换。权电流D/A转 换器各支路电流的叠加方法 与传输方式和R2R倒T型 电阻网络D/A转换器相同,因 而也具有转换速度快的特点 。此外,由于采用了恒流源, 每个支路电流的大小不再受 开关内阻和压降的影响,从而 降低了对开关电路的要求。采用具有电流负反馈的BJT恒流源电路的权电流D/A转换器 ：由倒T形电阻网络分析可知，IE3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8，IE0=I/16，于是可得输出电压为可推得n位倒T形权电流D/A转换器的输出电压：基准电流 ：四 D
4、/A转换器应用举例DAC0808是8位权电流型D/A转换器，其中D0D7是数字量输入端。用这类器件构成的D/A转换器时，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）11.2.6 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D2 D1 D0 011+3+3V 010+2+2V 001+1+1V 00000V 111-1-1V
5、110-2-2V 101-3-3V 100-4-4V原码输入对应的 输出偏移后 的输出D2 D1 D0 111+7V+3V 110+6V+2V 101+5V+1V 100+4V0V 011+3V-1V 010+2V-2V 001+1V-3V 0000V-4V补码输入对应的 十进制要求的 输出D2 D1 D0 011+3+3V 010+2+2V 001+1+1V 00000V 111-1-1V 110-2-2V 101-3-3V 100-4-4VD/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
6、为011.2.7 DAC的转换精度与速度一、转换精度1.分辨率（理论精度）v用输入数字量的二进制数码位数给出v n位DAC,应能输出0 2n-1个不同的等级电压，区分出输 入的000到111， 2n-1个不同状态 分辨率=2. 转换误差（实际精度）v用最低有效位的倍数来表示v有时也用绝对误差与输出电压满刻度的百分数来表示二、误差分析二 转换速度用完成一次转换所需的时间建立时间tset来衡量。建立时间：从输入信号变化开始 到输出电压进入与稳态值相差 1/2LSB范围以内的时间。输入信号由全0变为全1所需时间 最长。采用转换速率快的运算放大器 ，可以缩短建立时间。D111101 A/DA(电压 或
7、 电流)？11.3 A/D转换器 11.3.1 A/D转换的基本原理 输入连续变化电压，输出为不连 续的数字量在实际的取样保持电路中有一个 取样控制信号，它的频率就是取 样信号频率。二、量化和编码1.量化：将采样电压表示为最小数量单位（）的整数倍2.编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二-十进制）3.量化误差：当采样电压不能被整除时，将引入量化误差11.3.2 抽样保持电路！加大输入电阻！减小输出电阻！Av=1集成取样保持电路LF198调零输入模 拟电压取样控 制信号外接保持电容在取样阶段，开关S接 通，运放AI,A2构成两级电 压跟随器在保持阶段，S断开，电 容CH上电荷保持不变，使输
8、 出电压 保持不变。 二极管D1,D2和电阻R1构成保护电路。在取样阶段，S接通，D1,D2截止，保护电路不起作用。在保持阶段，S断开， 保持不变；但 在变，使 达到正（负）最大值，使开关S承受过高的电压。接上保护电 路后可使 基本等于输入电压 。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111110101100011010001000d2 = Q4 d1= Q6 + Q4Q2 d0 = Q7 + Q6Q5 + Q4Q3 + Q2Q12、特点 *快，CLK触发信号到达到输 出稳定建立只需几十纳秒*精度，受参考电压、分压网 络等因素影响*有存储器，不需要S/H电路*电路规模
9、，n位需要2n-1比 较器，触发器11.3.4 反馈比较型A/D转换器1、计数型 基本原理：取一个“D”加到DAC上，得到模拟输出电压，将 该值与输入电压比较，如两者不等，则调整D的大小， 到相等为止，则D为所求值！简单！慢2、逐次渐近型！电路不太复杂！较快1 0 0 0 03位：5个CLKN位: ( n+2)个CLK11.3.5 双积分型A/D转换器 双积分型（V-T变换型） 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电路实现11.3.6 V-F变换型A/D转换器11.3.7 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：最快1微秒 逐次渐近型：较快10100微秒/次（n+2）TCP 计数器型： 较慢（2n-1）TCP 双积分型： 最慢几十毫秒/次 2n+1TCP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 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 1、熟练掌握各型、熟练掌握各型A/DA/D，D/AD/A转换器的主要特性参转换器的主要特性参 数及使用方法数及使用方法2 2、正确理解各型、正确理解各型A/DA/D，D/AD/A转换器的工作原理转换器的工作原理
