数电第七章数模和模数转换

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1、9.1概论9.2D/A转换器9.3A/D转换器第九章D/A和A/D转换器●D/A转换器和A/D转换器是连接数字世界和模拟世界的桥梁，在现代信息技术中具有举足轻重的作用。9.1概论●从数字信号到模拟信号的转换称为D/A（DigitaltoAnalog）转换把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（DigitalAnalogConverterDAC）●模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为A/D（AnalogtoDigital）把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（AnalogDigitalConverterADC）●典型应用系

2、统之一——多路数据采集系统概论模拟量、数字量以及二者的相互转换连续变化的物理量称为模拟量，模拟量是可以连续取值的。有规律但不连续的变化量称为数字量，也叫离散量。数字量是不能连续取值的。连续变化的模拟量电压、电流或频率等电量被控对象传感器A/D转换数字信号处理后的数字信息数字系统电的模拟量D/A转换执行机构数字控制系统框图一、D/A转换器的基本概念DACDnvO9.2D/A转换器数字信号模拟信号将数字信号转化成与其成正比的模拟信号。以三位DAC为例，设K=1，可得出vO和Dn的关系D/A转换器D/A转换器的传输特性vO/VDn01234

3、567010001011100110101111D2D1D0vO0000V0011V0102V0113V1004V1015V1106V1117V1.电路结构及工作原理9.2.1权电阻型D/A转换器模拟开关电阻网络I/V变换电路输入数字量输出电压参考电压流过各电阻的电流为多少？权电阻型D/A转换器权电阻型D/A转换器（1）输出电压与输入的数字量成正比；（2）输出电压与参考电压极性相反；（3）如果数字量为n位的二进制数，输出电压的变化范围：结论：权电阻型D/A转换器由于电阻网络中阻值范围太宽，很难保证每个电阻均有很高精度，在集成DAC中很

4、少采用。思考：DAC的精度与电路中的哪些参数有关？权电阻精度外加参考电源精度9.2.2R-2R网络型D/A转换器1.电路结构R-2R电阻网络参考电压由于R-2R电阻网络只有两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成D/A转换器普遍采用这种电路结构。R-2R网络型D/A转换器2.工作原理同样分析可得：R-2R网络型D/A转换器2.工作原理（续）通过放大器A把电流i∑转换成输出电压vO：2.满量程（FullScaleRange）输出电压VFSR1.最小输出电压增量VLSB9.2.4D/A转换器的主要参数分辨率常用输入二进制数的有效位数表示

5、。3.分辨率：最小输出电压增量与最大输出电压的比值来表示。例：求满量程输出电压VFSR=10V，输入数字位数n=10的DAC的最小输出电压增量VLSB。数字量为11…1时的输出电压值。数字量变化一个单位时，输出电压的变化量。5.输出建立时间4.转换精度D/A转换器的主要参数普通DAC的建立时间为几到几百微秒；高速DAC的建立时间小于几微秒；如MAXIM公司的MAX555为12位DAC，转换速度为300MHz。输出模拟电压的实际值与理想值之差。输入数据改变到输出进入规定的误差范围内所需要的最大时间。2.数字信号接口特性1.转换器的位数9

6、.2.5集成D/A转换器的选择转换器的位数取决于对信号分辨能力的要求。3.模拟信号接口特性4.参考电压5.动态特性是并行接口还是串行接口。是电压输出还是电流输出？是单极性还是双极性？是外置参考电压还是内置参考电压？主要指转换速度。一、A/D转换的过程要把模拟量转化为数字量一般要经过四个步骤，分别称为采样、保持、量化、编码。9.3A/D转换器模拟信号的特点：时间连续，幅值连续。数字信号的特点：时间离散，幅值离散。1.采样保持t0vI(t)A/D转换器t0vSTSCHSvI(t)vI’(t)t0vI’(t)连续时间信号离散时间信号1.采样

7、t0vI(t)A/D转换器t0vSTSCHSvI(t)vI’(t)t0vI’(t)2.保持采样定理：为了不失真地恢复原始信号，采样频率至少应是原始信号最高有效频率的两倍。3.量化量化：将采样—保持后的信号幅值转化成某个最小数量单位（量化间隔，用表示）的整数倍。A/D转换器（1）确定量化间隔：设输入模拟信号的幅值范围为0~1V，要转化为3位二进制代码，则其量化间隔=1/8V。量化过程分为以下两个步骤：经量化后的信号幅值均为的整数倍。A/D转换器方式一：只舍不入量化方式0V≤vI＜1/8V则量化为0=0V；（2）将连续的模拟电压近

8、似成离散的量化电平1/8V≤vI＜2/8V则量化为1=1/8V；……7/8V≤vI＜1V则量化为7=7/8V。1/82/83/84/85/86/87/80vI/Vt1在量化过程中会产生误差，称为量化误差。0V≤vI＜