第十一章 数模和模数转换

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1、第十一章数/模和模/数转换主要内容本章主要介绍：①数/模转换电路的基本原理和典型电路。典型电路包含权电阻网络数—模转换器到梯形电阻网络数—模转换器权电流型数—模转换器开关树型数—模转换器②模/数转换电路的一般原理和步骤。③数/模和模/数转换的精度和速度。教学基本要求理解和掌握：D/A转换器的工作原理、电路结构：包括权电阻网络、倒T型电阻网络，权电流D/A转换器结构、工作原理、特点。直接A/D转换器，间接A/D转换器的工作原理。D/A、A/D转换精度与转换速度。重点掌握：D/A、A/D转换器集成电路芯片的功能与应用。一般了解：取样－保持及量化、编码电

2、路。11.1概述将数字信号转换为模拟信号称为数—模转换，或简称为D/A（AnalogtoDigital)转换。把实现D/A转换的电路称为D/A转换器，简写为DAC。将模拟信号转换为数字信号称为模—数转换，或简称为A/D（DigitaltoAnalog)转换。把实现A/D转换的电路称为A/D转换器，简写为ADC。11.2D/A转换器1、权电阻网络D/A转换器一个多位二进制数中每一位的1所代表的数值大小称为这一位的权。如果一个n位二进制数用Dn=dn-1dn-2…d1d0表示，那最高位（简写作MSB)到最低位（简写为LSB)的权依次为2n-1、2n-2

3、…21、20。权电阻网络D/A转换器中的电阻值的大小即是按二进制数的权的大小设定的。权电阻网络D/A转换器原理图：若把运算放大器近似地看成是理想放大器，则有23R22R21RRI0I1I2I3S3S2S1S0VREFd0d1d2d3v0将I0~I3代入V0，并取RF=R/2,则得到对于n位的权电阻网络D/A转换器，输出电压可写为：上式表明：输出的模拟电压正比于输入的数字量D，从而实现了从数字量到模拟量的转换。当D=0时，vO=0，当D=11…1时，故vO的最大变化范围是当输入信号的位数较多时，上述电路中电阻的阻值相差较大，而要在极为宽广的阻值范围内

4、保证每个电阻都有很高的精度是十分困难的。为克服这个缺点，在输入数字量的位数较多时采用下列双级权电阻网络。2、倒T型电阻网络D/A转换器为了克服权电阻网络中电阻阻值相差太大的缺点，又研制了倒T型电阻网络D/A转换器。原理图如下：2R2R2R2R2RI16I8I4I2I16I8I4I2S0S1S2S3d3d2d1d0RIvORRR(LSB)(MSB)VREF每个支路的电流可通过下页等效电路求出。由于求和放大器反向输入端V--的电位始终接近于零，所以无论开关S3、S2、S1、S0合到哪一边，都相当于接到“地”电位上，流过每个支路的电流始终不变。2R2R2

5、R2R2RI16I8I4I2I16I8I4I2S0S1S2S3d3d2d1d0RIvORRR(LSB)(MSB)VREF不难看出，从AA、BB、CC、DD向左看过去的等效电阻都是R，因此，从参考电源流入倒T型网络的总电流为I=VREF/R而每个支路的电流依次为I/2、I/4、I/8、I/16。AABBCCDDI/16I/16I/8I/8I/4I/4I/2I/2Ii∑VREFV-≈0如果di=0时开关Si接地（接放大器的V+),而di=1时开关Si接放大器的输入端V－，则由上面的分析可知2R2R2R2R2RI16I8I4I2I16I8I4I2S0S1

6、S2S3d3d2d1d0RIvORRR(LSB)(MSB)VREF求和放大器的输出电压2R2R2R2R2RI16I8I4I2I16I8I4I2S0S1S2S3d3d2d1d0RIvORRR(LSB)(MSB)VREF对于n位输入的倒T型电阻网络D/A转换器，输出模拟电压下图是集成D/A转换器CB7520(AD7520)的电路原理图d0d1d2d3d4d5d6d7d8d9在权电阻网络D/A转换器和倒T型电阻网络D/A转换器中，都把模拟开关当作理想开关处理，没有考虑它们的导通电阻和导通压降。实际上这些开关总有一定的导通电阻和导通压降，而且每个开关的情况

7、又不完全相同，这样势必引起转换误差，影响转换精度。解决这一问题的方法是采用权电流型D/A转换器。3、权电流型D/A转换器在权电流型D/A转换器中，有一组恒流源，每个恒流源电流的大小依次为前一个的1/2，和输入二进制数对应位的“权”成正比。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。恒流源电路常采用下列电路形式：IiVBVEEREiIi只要在电路工作时保证VB和VEE稳定不变，则三极管的集电极电流即可保持恒定，不受开关内阻的影响。电流的大小近似为若权电流电路中的开关Si的位置为：当di=1时，开关接运算

8、放大器的输入端；当di=0时，开关接地。则权电流型D/A转换器输出电压为：voVREFRRTRVR+VR-T3T2T1T0