电工电子技术 教学课件 作者 刘述民 第13章 数模与模数转换电路.ppt

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1、数模与模数转换电路第13章13.1概述13.2D/A转换器（DAC）13.3A/D转换器（ADC）从模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为A/D转换，从数字信号到模拟信号的转换称为D/A转换。目前常见的D/A转换器: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。13.1

2、概述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。图13-1DAC方框图13.2.1D/A转换器的基本工作原理13.2D/A转换器（DAC）13.2.2D/A转换器的主要电路形式图13-2权电阻网络DAC电路原理图n位权电阻网络DAC电路1．权电阻网络D/A转换器如图13-3所示为4位T型电阻网络DAC电路的原理图，它克服了权电阻网络DAC电路的缺点，无论DAC有多少位

3、，电阻网络中只有R和2R两种电阻，但电阻的个数却比相同位数的权电阻网络DAC增加了一倍。图13-3T型电阻网络DAC电路原理图n位T型电阻网络DAC电路2．T型电阻网络DAC电路3．倒T型电阻网络DAC电路图13-6倒T型电阻网络DAC电路原理图n位T型电阻网络DAC电路13.2.3集成DAC的主要技术指标1．满量程输出电压3．转换速度:当DAC输入的数字量发生变化后，输出的模拟量并不能立即达到所对应的数值，它需要一段时间，我们将这段时间称为建立时间。2．转换精度:（1）分辨率（2）转换误差,一般有两种表示方式：绝对误差和相对误差。所谓绝

4、对误差，就是实际值与理论值之间的最大差值，通常用最小输出值LSB的倍数来表示。相对误差是指绝对误差与DAC满量程输出值FSR的比值，以FSR的百分比来表示。13.2.4集成DAC芯片的选用DAC芯片的选择原则:①DAC的转换精度。这是DAC最重要的技术指标，应该从DAC的位数（理论精度）和转换误差两个方面综合考虑。②DAC的转换速度。按照建立时间的大小，DAC可以分成若干类。建立时间大于300μs的属于低速型，目前已较少见；建立时间为10～300μs的属于中速型；建立时间在0.01～10μs的为高速型；建立时间小于0.01μs的为超高速型

5、。③输入数字量的特征。输入数字量的特征是指数字量的编码方式（自然二进制码、补码、偏移二进制码、BCD码等）、数字量的输入方式（串行输入或并行输入）以及逻辑电平的类型（TTL电平、CMOS电平或ECL电平）等。④输出模拟量的特征。输出模拟量的特征是指DAC是电压输出还是电流输出，以及输出模拟量的范围。⑤工作环境要求。这里主要是指DAC的工作电压、参考电源、工作温度、功耗、封装以及可靠性等性能要与应用系统相适应。13.3.1模数转换的一般过程1．采样与保持采样就是按照一定的时间间隔周期性地读取模拟信号的值，从而将时间和取值都连续的模拟信号在时

6、间上离散化。图13-11采样过程保持，就是在连续两次采样之间，将上一次采样结束时所得到的样值通过保持电路保持一段时间，以便将其数字化（量化和编码）。13.3A/D转换器（ADC）根据采样定理，为了保证能够从uS（t）不失真地恢复出uA（t），采样频率fs至少等于模拟信号uA（t）中最高有效频率fmax的两倍，即：图13-12采样/保持电路采样与保持过程通常是通过采样/保持电路一起实现。为了将模拟信号转换成数字信号，还必须将采样/保持电路输出的采样值按照某种近似方式归并到相应的离散电平上，也就是将模拟信号在取值上离散化，我们把这个过程称为量

7、化。将量化后的结果（离散电平）用数字代码来表示，称为编码。2．量化和编码量化可以按两种近似方式进行：只舍不入量化方式和有舍有入（四舍五入）量化方式。图13-13只舍不入量化方式图13-14四舍五入量化方式13.3.2常用模数转换技术实现A/D转换的方法按工作原理不同可以分成直接A/D转换和间接A/D转换两类。直接A/D转换是将模拟信号直接转换成数字信号，比较典型的有并行比较型A/D转换和逐次逼近型A/D转换。间接A/D转换是先将模拟信号转换成某一中间变量（时间或频率），然后再将中间变量转换成数字量。比较典型的有双积分型A/D转换和电压—频

8、率转换型A/D转换。1．并行比较型ADC电路3位并行ADC模拟电压和输出编码转换关系表模拟输入电压比较器输出量化电平编码输出uSC7C6C5C4C3C2C1D2D1D00≤us＜UREF/16