数字电子技术基础 第11章 DA和AD转换

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1、第十一章数-模转换和模-数转换11.1概述11.2D/A转换器11.3A/D转换器1模拟信号电子电路中的信号数字信号模拟电路数字电路随时间连续变化的信号在时间上和数值上都是离散的11.1概述自然界中的物理量尽管性质各异，但就其变化规律的特点而言，不外乎数字量和模拟量两大类。数字电子技术尤其是计算机的迅速发展，用数字电路处理模拟信号越来越普遍。2从模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，简称为A/D转换（AnalogtoDigital）。从数字信号到模拟信号的转换称为数—模转换，简称D/A转换（DigitaltoAnalog）。实现A/D转换的电路称为A/D转换器（AnalogDigital

2、Converter）；简称ADC。实现D/A转换的电路称为D/A转换器（DigitalAnalogConverter）；简称DAC。转换精度和转换速度是衡量ADC和DAC性能优劣的主要指标3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。D/A转换器权电阻网络D/A转换器倒T形电阻网络D/A转换器A/D转换器直接A/D转换器：间接A/D转换器：输入的模拟信号直接被转换成相应的数字信号权电流D/A转换器权电容D/A转换器开关树型D/A转换器分类：并联比较性反馈比较性V-T变换V-F变换411.2.1权电阻网络D/A转换器这种转换器由“电子模拟开关”

3、、“权电阻网络”、“运算放大器”和“参考电压”等部分组成。4位权电阻网络D/A转换器di=0时，开关Si接地，di=1时，开关Si接VREF11.2D/A转换器V-V++-VoRF=R/2S1S0S2S3R2R22R23Rd0d1d2d3VREF运算放大器参考电压（LSB)（MSB)5I0I1I2I3V-V++-VoRF=R/2S1S0S2S3R2R22R23Rd0d1d2d3VREF参考电压（LSB)（MSB)6同理，对于n位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻RF=R/2时，输出电压的计算公式可写成：上式表明，输出的模拟电压正比于输入的数字量Dn，从而实现了从数字量到模拟量的转换。7当

4、Dn=000……000时，V0=0～当Dn=111……111时，当Dn=000……001时，8例如：3位D/A转换器，VREF=-8V输入输出d2d1d0V0（V）000001010011100101110111t0V0876543210clkt阶梯波发生器计数器D/A转换器V0clkd0d2d1012345679电子模拟开关的简化原理电路当di=1时，T2管饱和导通，T1管截止，则Si与VREF接通当di=0时，T1管饱和导通，T2管截止，则Si被接地权电阻网络D/A转换器优缺点:优点：电路简单，所用电阻元件数很少。缺点：各个电阻的阻值相差较大(2n)，位数较多时差别更大，难于保证精度，

5、且大电阻不宜于集成在IC内部。改进方法：双级权电阻网络D/A转换器。倒T型电阻网络D/A转换器。T1T2SidiVREF10图中S0～S3为模拟开关，由输入数码di控制，di=1时接V-，di=0时接V+。无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。11.2.2倒T形电阻网络D/A转换器I=VREF/R4位倒T形电阻网络D/A转换器网络等效电阻=R希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流。11输出电压：流过各开关支路（从右到左）的电流分别为于是得总电流：12同理，对于n位的倒T形电阻网络D/A转换器，当反馈电阻RF=R时，输出电压的计算公式可写成：与权电阻网络D/

6、A转换器的计算公式完全相同。13一、转换精度在D/A转换器中通常用分辨率和转换误差来描述转换精度。11.2.7D/A转换器的转换精度和转换速度此外，也可用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示分辨率，n位D/A转换器的分辨率可表示为1、分辨率：指D/A转换器在理论上能够达到的精度。输入数字量位数越多，分辨率越高。在实际应用中，常用输入二进制数码的位数表示D/A转换器的分辨率。D/A转换器的主要技术指标是转换精度和转换速度。但是，由于D/A转换器的各个环节在参数和性能上和理论值之间不可避免的存在着差异，所以实际能达到的转换精度由转换误差来决定。14转换精度是实际输出值与理论计算值

7、之差，这种差值，由转换过程各种误差引起,主要指静态误差，它包括：①非线性误差：是电子开关导通的电压降和电阻网络电阻值偏差产生的。②比例系数误差：是参考电压UR的偏离而引起的误差，因UR是比例系数，故称之为比例系数误差。③漂移误差：它是由运算放大器零点漂移产生的误差。2、转换误差：指D/A转换器实际能达到的转换精度。15二、转换速度建立时间（tset）——当输入的数字量发生突变开始，到输出电压进入与稳定电压值相差±LS