《数字电子技术基础》数模与模数转换.ppt

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1、第11章数模与模数转换器将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（DAC—DigitaltoAnalogConverter），而将模拟信号转换为数字信号的电路则称为模数转换器(ADC--AnalogtoDigitalConverter)。DAC和ADC是数字电路和模拟电路之间的接口电路。11.1数模和模数转换的作用11.2数模转换器(DAC)11.3模数转换器(ADC)工业控制系统框图示例变换器传感器防混低通滤波器模数转换器数字处理子系统数模转换器模拟执行机构数字执行机构电量非电量模拟子系统模拟子系统重构低通滤波器数模转换器、模数转换器是模拟系统

2、与数字系统的桥梁，称为接口电路。它们是用数字系统处理模拟信号所必须的电子电路。生产过程中的物理量执行机构11.1数模和模数转换的作用工业控制计算（IPC）、单片机、数字信号处理器和可编逻辑控制器，甚至可以扩展到计算机网络。各种物理量的测量和显示、手动控制和报警等功能数字量或开关量11.2数模转换器(DAC)数模转换器：将数字信号转换为模拟信号的电路。转换原理框图：寄存器、开关网络、解码网络、基准电源n位数字量分别控制n个模拟电子开关的通断对每一次确定的数字量输入，解码网络和开关网络组成相应的线性电路在稳定的基准电压激励下产生与数字量和基准电压成正比的

3、电压或电流根据变换网络的结构，DAC分为倒T形电阻网络DAC、权电流型DAC、T形电阻网络DAC、权电阻网络DAC、权电容网络DAC和开关树型DAC。要求VREF很稳定本节介绍倒T形电阻网络DAC和权电流型DAC。存储输入数字量电阻、电容等电路11.2数模转换器(DAC)11.2.1倒T形电阻网络DAC11.2.2权电流型DAC*11.2.3DAC的双极性输出11.2.4DAC的主要技术指标数模转换器：将数字信号转换为模拟信号的电路。（DAC—DigitaltoAnalogConverter）11.2.1倒T形电阻网络DAC1．工作原理来自输入或寄存

4、器开关网络R-2R电阻网络电流电压变换每个节点i对地的等效电阻为R虚地！并联电阻上为权电流!11.2.1倒T形电阻网络DAC1．工作原理来自输入或寄存器开关网络R-2R电阻网络电流电压变换每个节点i的等效电阻为R虚地！并联电阻上为权电流!K是1个单位数字量对应的电压的绝对值，称为单位电压，常记为LSB。BZ是n位自然二进制数（>0）输出电压是单极性的。单刀双置开关可以用双极型三极管或MOS管实现。如果Di=1，TN1导通，TN2截止，固定端A与N(运放的反相端)相连；如果Di=0，TN1截止，TN2导通，固定端A与P(运放的同相端)相连。由于MOS管

5、的导通电阻不相等，导致电阻网络不是准确的R-2R网络，出现误差。2．单片集成DACAD7520集成反馈电阻Rf，与倒T形电阻网络的R相等。输出电压为:输出电压与输入10位自然二进制数成正比。基准电压VREF可正可负。如果用另一个DAC的输出替换VREF，则可实现2个数字量之积的数模转换。单片集成倒T形电阻网络DAC芯片有AD7520(10位DAC)、DAC1210H(12位DAC)和AK7546(16位DAC)等。单片集成ADC：AD7520集成10位倒T电阻网络3.DAC的应用:斜坡发生器OvD9+D0D1图11.2.5斜坡电压发生器(a)原理框图

6、(b)波形10位二进制计数器DACAD7520RfIO1IO2GNDCPt/TCPO10232047LSBOv(a)(b)AVREF=5V10位二进制计数器对周期脉冲CP计数，输出自然二进制码，DAC将其转换为阶梯电压，近似线性电压输出，如图(b)所示。阶梯高度为单位电压LSB:11.2.2权电流型DAC在倒T形电阻网络DAC中，模拟电子开关使得电阻网络不能准确地按R-2R构成，导致并联电阻的电流偏离权电流值（I/2、I/4、I/8、I/16、…），使输出产生误差。用多路电流源产生准确的权电流，形成权电流型DAC。用多发射结晶体管使每个发射结的电流相

7、等。11.2.2权电流型DAC三极管TR、T3、T2、T1、T0和TC的射极电位相等（VE），它们的射极到负电源（-VEE）间的等效电阻依次为R、2R、4R、8R、16R（按2n递增的电阻称为权电阻）和16R。以T2的发射极等效电阻为例说明。忽略IB0同理,可计算其他晶体管射极到-VEE的等效电阻。R2R4R8R16R16R权电流T2的发射极等效电阻基准电流R2R4R8R16R16R权电流输出电压与输入自然二进制数成正比，实现数模转换。注意，由于多路电流源输出电流是单向的，所以，权电流型DAC的基准电压VREF只能为正。推广到一般情况，n位权电流型D

8、AC的输出电压为BZ是n位自然二进制数（>0），vO是单极性的。K是1个单位数字量对应的电压，称为单位电压，