数字电子技术教学课件陈仲林第9章 数模与模数转换电路.ppt

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1、第9章数/模与模/数转换电路学习要点：掌握常用D/A转换器、A/D转换器的工作原理熟悉D/A转换器、A/D转换器的主要性能指标了解ADC、DAC在测控系统中的应用第9章数/模与模/数转换电路9.1D/A转换器9.2A/D转换器9.3A/D转换器和D/A转换器在测控系统中的应用退出9.1D/A转换器9.1.1R—2RT型电阻D/A转换器9.1.2具有双极性输出的D/A转换器9.1.3D/A转换器的主要性能指标退出9.1.4集成D/A转换器目前常用的D/A转换器中有R—2RT型电阻D/A转换器、权电阻D/A转换

2、器、全电流D/A转换器、权电容D/A转换器以及开关树型D/A转换器等几种类型。以R—2RT型电阻D/A转换器为例，说明其转换原理。9.1.1R—2RT型电阻D/A转换器T型电阻网络的基本结构如图9-1:图9-1为一个四级的T型网络。电阻值为R和2R的电阻构成T型。由图9-1中节点AA向右看的等效电阻值为R，而由BB，CC，DD各点向右看的等效电阻值也都是R，因此:依此类推可推到n级。图9-2T型网络D/A转换器图中表示四位二进制输入信号，为高位，为低位。是四个电子模拟开关的示意图，模拟开关分别受的信号控制：

3、当二进制代码为0时，电子开关合到上方接地的一侧；当二进制代码为1时，电子开关合到下方运算放大器输入的一侧，该支路的电流成为运放输入电流的一部分，通过运算放大器进而将电流信号转化为电压信号。由图可知，因为求和放大器反相输入端的电位始终接近于零，所以无论开关～在何位置，都相当于接地，流过每个支路的电流也始终不变。可以求出运算放大器的输入电流为图9-2中运放接成反相放大器的形式，又根据理想运放的“虚断”的特性，其输出电压Uo为：T型网络的输出也可以接至运算放大器的同相和反相两个输入端，如图9-3所示。这种结构也称

4、作倒T型电阻网络D/A转换器。图:9-3T型（或倒T型）电阻网络的特点:电阻网络中只有R、2R两种阻值的电阻，给集成电路的设计和制作带来了很大的方便，无论模拟开关状态如何变化，各支路电流都直接流入地或者运放的虚地，电流值始终不变，因此不需要电流的建立时间；同时，各支路电流直接接至运放的输入，它们之间不存在传输时间差。所有这些特点都有助于T型电阻网络提高转换速度，T型电阻网络是目前D/A转换中使用较多的一种。9.1.2具有双极性输出的D/A转换器因为在二进制算术运算中通常都把带符号的数值表示为补码的形式，所以

5、要求D/A转换器能够把以补码形式输出的正、负数分别转换成正、负极性的模拟电压。现以输入为3位二进制补码的情况为例，说明转换的原理。3位二进制补码可以表示从+3到之间的任何整数，它们与十进制数的对应关系以及要求得到的输出电压如表9-1所示。补码输入对应的十进制数要求的输出电压（V）d2d1d0011+3+3010+2+2001+1+100000111-1-1110-2-2101-3-3100-4-4表9-1输入为3位二进制补码时要求D/A转换器的输出图9-4具有双极性输出电压的D/A转换器表9-2具有偏移的D

6、/A转换器的输出原码输入无偏移时的输出（V）偏移-4V后的输出（V）d2d1d0111+7+3110+6+2101+5+1100+40011+3-1010+2-2001+1-30000-4在图9-4的D/A转换电路中，如果没有接入反相器G和偏移电阻，它就是一个普通的3位倒T型电阻网络D/A转换器。在这种情况下，如果把输入的3位代码看作无符号的3位二进制数（即全都是正数），并且取，则输入代码为111时输出电压，而输入为000时输出电压，如表9-2所示。将表9-1与表9-2对照一下便可以发现，如果把表9-2中间

7、一列的输出电压偏移-4V，则偏移后的输出电压恰好同表9-1所要求的输出电压相符。然而，D/A转换器电路输出电压都是单极性的，得不到正、负极性的输出电压。为此，在图9-4中的D/A转换电路中增设了由和组成的偏移电路。为了使输入代码为100时的输出电压等于零，只要使与此时的大小相等即可。故应取:图9-4中所标示的、和的方向都是电流的实际方向。假若再将表9-1和表9-2最左边一列代码对照一下还可以发现，如果把表9-1中补码的符号位求反，再加到偏移后的D/A转换器上，就可以得到表9-1所需要的输入与输出的关系。为此

8、，在图9-1中是将符号位经反相器G反相后才加到D/A转换电路上去的。通过上面的例子可总结出构成双极性输出D/A转换器的一般方法：只要在求和放大器的输入端接入一个偏移电流，使输入最高位为1而其他各位输入为0时的输出,同时将输入的符号位反相后接到一般的D/A转换器的输入，就得到了双极性输出的D/A转换器。9.1.3D/A转换器的主要性能指标目前DAC的种类是比较多的，制作工艺也不相同。按输入数据字长也分为8位、10位