第10章数-模转换和模-数转换

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1、第10章数-模转换和模-数转换第10章数-模转换和模-数转换10.1概述10.2D/A转换器(DAC)10.3A/D转换器(ADC)第10章数-模转换和模-数转换10.1概述　为了能用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转换成数字信号，才能送入数字系统进行处理。同时，往往还需把处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。我们把前一种从模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为　A/D（AnalogtoDigital）转换，把后一种从数字信号到模拟信号的转换称为D/A（DigitaltoAnalog）转换。同时，把实现A/D转换的电路

2、称为A/D转换器（AnalogDigitalConverter）；把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（DigitalAnalogConverter）。第10章数-模转换和模-数转换在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信号先被转换成某种中间变量（如时间、频率等），然后再将中间变量转换为最后的数字量。第10章数-模转换和模

3、-数转换10.2D/A转换器（DAC）10.2.1D/A转换器的基本工作原理　D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以电压或电流的形式输出。因此，D/A转换器可以看作是一个译码器。一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟电压U和输入数字量D之间成正比关系，即U=KD，式中K为常数。D/A转换器的一般结构如图10-1所示，图中数据锁存器用来暂时存放输入的数字信号。n位寄存器的并行输出分别控制n个模拟开关的工作状态。通过模拟开关，将参考电压按权关系加到电阻解码网络。第10章数-模转换和模-数转换图10-1DAC方框图第10章数-模转换

4、和模-数转换10.2.2D/A转换器的主要电路形式1.权电阻网络D/A转换器图10-2权电阻DAC第10章数-模转换和模-数转换开关S的位置受数据锁存器输出的数码D控制，当D=1iii时，S将电阻网络中相应的电阻R和基准电压U接通；当iiRD=0时，S将电阻R接地。　iii权电阻网络由n个电阻（20R~2n-1R）组成，电阻值的选择应使流过各电阻支路的电流I和对应D位的权值成正比。ii例如，数码最高位D，其权值为2n-1，驱动开关S，连接n-1n-1的电阻R=2n-1-(n-1)=20R；最低位D，驱动开关S，连接的n-100权电阻为R=2n

5、-1-(0)R=2n-1R。因此，对于任意位D，其权值0i为2i，驱动开关S，连接的权电阻值为R=2n-1-iR，即位权ii（i）越大,对应的权电阻值就越小。第10章数-模转换和模-数转换集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲，主要是减少输出模拟信号负载变化的影响，并将电流转换为电压输出。　当D=1时，S将相应的权电阻R=2n-1-iR与基准电压UiiiR接通，此时，由于运算放大器负输入端为虚地，该支路产生的电流为URURiI==2in−1−in−12R2R当D=0时，由于S接地，I=0。因此，对于D位所产生的iiii电流应表示为URURi

6、I==2Din−1−in−1i2R2R第10章数-模转换和模-数转换运算放大器总的输入电流为n−1n−1n−1URiURiI=∑Ii=∑n−1Di2=n−1∑Di2i=0i=02R2Ri=0运算放大器的输出电压为RUn−1fRiU=−RfI=−n−1∑Di22Ri=0若R=1/2R，代入上式后则得fRUn−1n−1fRiURiU=−n−1∑Di2=−n∑Di22Ri=02i=0第10章数-模转换和模-数转换从上式可见，输出模拟电压U的大小与输入二进制数的大小成正比，实现了数字量到模拟量的转换。　当D=D…D=0时，U=0。　n-10当D=D…

7、D=11…1时，最大输出电压n-10n2−1V=−UmnR2因而U的变化范围是n2−10~UnR2第10章数-模转换和模-数转换2.倒T型电阻网络D/A转换器图10-3R-2R倒T型DAC第10章数-模转换和模-数转换从图10-3中可以看出，由U向里看的等效电阻为R，数R码无论是0还是1，开关S都相当于接地。因此，由U流出iR的总电流为I=U/R，而流入2R支路的电流是依2的倍速递R减，流入运算放大器的电流为IIIII=D+D+⋅⋅⋅+D+D∑n−11n−121n−10n2222In−1n−210=(D2+D2+⋅⋅⋅+D2+D2)nn−1n

8、−2102n−1Ii=n∑Di22i=0第10章数-模转换和模-数转换运算放大器的输出电压为IRn−1fiU=−I∑Rf=−n∑Di22i=0若R=R，并将I=U/