数字电子技术基础 第11章

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1、数字电子技术基础第十一章数-模和模数转换PanHongbingVLSIDesignInstituteofNanjingUniversity11.1概述从模拟信号到数字信号的转换称为模-数转换，简称为A/D(AnalogtoDigital)。从数字信号到模拟信号的转换称为数-模转换，简称为D/A（DigitaltoAnalog）衡量A/D和D/A转换器性能优劣的主要指标是：转换精度和转换速度。11.2D/A转换器11.2.1权电阻网络D/A转换器优点：结构简单，所用的电阻原件数很少。缺点：各电阻的阻值相差较大，尤其是在输入信号的位数较多时，问题更加突出。Vo=-VREF(

2、dn-12n-1+dn-22n-2+..d121+d020)/2n=-VREFDn/2n图11.2.1权电阻网络D/A转换器加入Rs,使电阻的最大值和最小值差变小.输出结果不变。图11.2.2双级权电阻网络D/A转换器11.2.2倒T形电阻网络D/A转换器克服电阻阻值相差太大的另一种方法。图11.2.3倒T型电阻网络D/A转换器图11.2.4计算倒T型电阻网络支路电流的等效电路电流输出型D/A图11.2.5CB7520（AD7520）的电路原理图图11.2.6CB7520中的CMOS模拟开关电路11.2.3权电流型D/A转换器采用恒流源前面介绍的几种D/A的缺点：模拟开关在电

3、阻网络中，存在导通电阻和导通压降。影响转换精度。用恒流源可解决。引申：四引线法。图11.2.7权电流型D/A转换器图11.2.8权电流型D/A转换器中的恒流源图11.2.9利用倒T型电阻网络的权电流型D/A转换器图11.2.10DAC0808的电路结构框图图11.2.11DAC0808的典型应用11.2.4开关树形D/A转换器由电阻分压器和接成树状的开关网络组成。优点：电阻种类单一，在输出端基本不取电流情况下，对开关导通内阻要求不高。缺点：用得开关太多。图11.2.12开关树型D/A转换器利用电容分压原理。图11.2.13权电容网络D/A转换器图11.2.14输入为1000时图

4、9.2.13的等效电路11.2.6具有双极性输出的D/A转换器通过增设RB和VB组成偏移电路，达到双极性输出。用单极性D/A转换器构成双极性D/A的方法: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时而其他各位为0时输出Vo=0,同时将输入符号位反相后接到一般D/A的输入。图11.2.15具有双极性输出电压的D/A转换器11.2.7D/A转换器的转换精度与转换速度一、D/A转换器的转换精度分辨率：表示在理论上可达到的精度。转换误差：实际能达到的转换精度。用LSB或FSB(电压满刻度FullScaleRange)的百分数图11.2.16D/A转换器的转换特性曲线

5、造成D/A转换器转换误差的原因有：由VREF引起1、参考电压VREF的波动。2、运算放大器的零点漂移。3、模拟开关的导通内阻和导通压降。4、电阻网络中电阻阻值的偏差。5、三极管特性不一致。图11.2.17比例系数误差由运放零点漂移引起。图11.2.18漂移误差由模拟开关的导通内阻和导通压降以及电阻网络中电阻阻值的偏差。图11.2.19非线性误差例11.2.1P522-P523对图11.2.5所示的倒T形电阻网络D/A转换器中,计算VREF的相对稳定度应取多少?才能保证VREF偏离标准值所引起的误差小于1/2LSB。解：首先：与1/2LSB对应输出电压VREF/2n+1其次

6、：计算由于△VREF所引起的输出变化△Vo得到(2n-1)*

7、△VREF

8、/2n≤

9、VREF

10、/2n+1动态误差静态误差：在输入、输出已经处于稳定状态下得到的转换误差。动态误差：由于输入数码突变等多个模拟开关改变状态等引起的瞬时尖峰脉冲电压等。如何消除动态误差：在D/A输出端附加取样-保持电路。二、D/A转换器的转换速度图11.2.20D/A转换器的建立时间11.3A/D转换器11.3.1A/D转换器的基本原理一、取样定理fs>=2fi(MAX)图11.3.1对输入模拟信号的取样一般：取fs>=（3~5）fi(MAX)图11.3.2还原取样信号所用滤波器的频率特性二

11、、量化和编码量化误差输入二进制代表的模拟输入二进制代表的模拟信号代码电压信号代码电压1V1V1117=7/8（V）1117=14/15（V）7/8V13/15V1106=6/8（V）1106=12/15（V）6/8V11/15V1015=5/8（V）1015=10/15（V）5/8V9/15V1004=4/8（V）1004=8/15（V）4/8V7/15V0113=3/8（V）0113=6/15（V）3/8V5/15V0102=2/8（V）0102=4/15（V）