10数模和模数转换器

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1、10数模和模数转换器在数字系统的应用中，通常要将一些被测量的物理量通过传感器送到数字系统进行加工处理；经过处理获得的输出数据又要送回物理系统，对系统物理量进行调节和控制。传感器输出的模拟电信号首先要转换成数字信号，数字系统才能对模拟信号进行处理。这种模拟量到数字量的转换称为模-数(A/D)转换。处理后获得的数字量有时又需转换成模拟量，这种转换称为数-模(D/A)变换。A/D转换器简称为ADC和D/A转换器简称为DAC是数字系统和模拟系统的接口电路。一、D/A转换器D/A转换器一般由变换网络和模拟电子开关组成。输入n位数字量D（=Dn-1…D1D0）分别控制这

2、些电子开关，通过变换网络产生与数字量各位权对应的模拟量，通过加法电路输出与数字量成比例的模拟量。1、倒T型电阻网络D/A转换器倒T型电阻解码D/A转换器是目前使用最为广泛的一种形式，其电路结构如图10.1.1所示。图10.1.1倒T型电阻网络D/A转换电路当输入数字信号的任何一位是“1”时，对应开关便将2R电阻接到运放反相输入端，而当其为“0”时，则将电阻2R接地。由图7.2可知，按照虚短、虚断的近似计算方法，求和放大器反相输入端的电位为虚地，所以无论开关合到那一边，都相当于接到了“地”电位上。在图示开关状态下，从最左侧将电阻折算到最右侧，先是2R//2R并

3、联，电阻值为R，再和R串联，又是2R，一直折算到最右侧，电阻仍为R，则可写出电流I的表达式为只要VREF选定，电流I为常数。流过每个支路的电流从右向左，分别为、、、…。当输入的数字信号为“1”时，电流流向运放的反相输入端，当输入的数字信号为“0”时，电流流向地，可写出的表达式在求和放大器的反馈电阻等于R的条件下，输出模拟电压为102、权电流型D/A转换器倒T型电阻变换网络虽然只有两个电阻值，有利于提高转换精度，但电子开关並非理想器件，模拟开关的压降以及各开关参数的不一致都会引起转换误差。采用恒流源权电流能克服这些缺陷，集成D/A转换器一般采用这种变换方式。图

4、10.1.2给出了四位权电流型D/A转换器的示意图。高位电流是低位电流的倍数，即各二进制位所对应的电流为其权乘最低位电流。-+∞+RfIfvOD3D2D1D0S3S2S1S0-VREF图10.1.2权电流D/A转换器3、D/A转换器的输出方式D/A转换器大部份是数字电流转换器，实用中通常需增加输出电路，实现电流电压变换。在变换网络中，电流是单方向的，即在0和正满度值或负满度值之间变化，是单极性的。为了能使输出在正负满度值之间变化，也即双极性输出方式，也需要增加输出电路。在单极性输出方式时，数字量采用自然二进制码表示大小，输出电路只要完成电流→电压的变换即可。

5、双极性输出方式时，数字量是双极性数。二进制双极性数字的负数可采用：2的补码、偏移二进制码或符号数值码（符号位加数值码）。表10.1.1列出了部分四位双极性二进制码。表10.1.1部分四位双极性二进制码十进制数补码偏移码符号数值码十进制数补码偏移码符号数值码0000010000000-11111011110011000110010001-21110011010102001010100010-31101010110113001110110011-41100010011004010011000100-51011001111015010111010101-61010

6、001011106011011100110-71001000111117011111110111-810000000注：符号数值码头1000表示（-0）由表10.1.1可见，偏移二进制码是在自然二进制码的基础上偏移而成的，四位偏移二进制码的偏移量为1000（8H）。因此，按自然二进制码进行D/A变换后，只要将输出模拟量也进行相应偏移（减去1000对应的模拟值）即可获双极性输出。数字量以2的补码表示时，需先将2的补码转换成偏移二进制码（2的补码加1000），然后送D/A转换器，可得双极性输出。4、D/A转换器的主要技术指标（1）转换精度10D/A转换器转换精度

7、用分辨率和转换误差描述。※分辨率分辨率是用以说明D/A转换器在理论上可达到的精度。用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度，显然输入数字量位数越多，输出电压可分离的等级越多，即分辨率越高。所以实际应用中，往往用输入数字量的位数表示DA转换器的分辨率。此外，D/A转换器的分辨率也定义为电路所能分辨的最小输出电压ULSB与最大输出电压Um之比来表示，即分辨率上式说明,输入数字代码的位数n越多，分辨率越小，分辨能力越高，例如，5G7520十位DA转换器的分辨率为※转换误差是用以说明D/A转换器实际上能达到的转换精度。转换误差可用输出电压满度值的百分数表示，也

8、可用LSB的倍数表示。例如，转换误差为LSB，用以表