数字电子技术第7章数／模和模／数转换器.ppt

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1、7.1概述7.2D／A转换器7.3A／D转换器7.4D／A和A／D转换器应用举例第7章数／模和模／数转换器人们把模拟信号转换为数字信号的过程称为模/数转换或A/D(AnalogtoDigital)转换。能够完成这种转换的电路称为模/数转换器，简称ADC(AnalogDigitalConverter)。将数字信号转换为模拟信号的过程称为数/模转换或D/A(DigitaltoAnalog)转换。能够完成这种转换的电路称为数/模转换器，简称DAC(DigitalAnalogConverter)。7.1概述7.2.1R-2R倒T型电阻网络DAC基本原理　　图7

2、-1所示为四位R-2R倒T型电阻网络D/A转换器的基本原理图。7.2D/A转换器图7-1四位R-2R倒T型电阻网络D/A转换器原理图计算倒T型电阻网络中各支路电流时，其电阻网络的等效电路图如图7-2所示。图7-2R-2R倒T型电阻网络支路电流等效电路流过每个支路的电流(从数字量高位到低位)分别为I/2、I/4、I/8、I/16,故有(7.1)在求和放大器的反馈电阻值等于Rf的条件下，输出电压为(7.2)对于n位输入的R-2R倒T型电阻网络D/A转换器，在求和放大器的反馈电阻为Rf时，其输出的模拟电压与输入数字量之间的一般关系式为(7.3)设　　

3、　　　　　　，NB表示括号中的n位二进制数，则　　　　　uo=－KNB(7.4)该式表明，对于在图7-1所示电路中输入的每一个二进制数NB，均能在其输出端得到与之成正比的模拟电压uo。【例7.1】如图7-1所示R-2R倒T型电阻网络A/D转换器中，已知UREF=－8V，且Rf=R,试计算当d3d2d1d0=1000时，输出端所产生的模拟电压值。解从参考电源流入T电阻网络的总电流为流入求和放大器的总电流为故输出的模拟电压为通过以上的分析，我们可以看出此电路的特点：(1)解码网络仅有R和2R两种规格的电阻，这对于集成工艺是相当

4、有利的。(2)倒T型电阻网络D/A转换器中各支路的电流恒定不变，直接流入运算放大器的反相输入端，它们之间不存在传输时间差，有效地减小了动态误差，提高了转换速度。　　因此，R-2R倒T型电阻网络D/A转换器因转换速度较快，故在目前D/A转换器中被广泛的应用。7.2.2集成D/A转换器AD7520的电路结构和应用1.AD7520的电路结构单片集成D/A转换器产品的种类繁多，性能指标各异，按其内部电路结构不同一般分为两类：一类集成芯片内部只集成了电阻网络(或恒流源网络)和模拟电子开关，另一类则集成了参考电压源发生器和运算放大器。集成D/A转换器AD7520

5、属于前一类，下面以它为例介绍集成D/A转换器的结构及其应用。AD7520是10位CMOS数/模转换器，具有结构简单、通用性好的特点。AD7520芯片内部只有R-2R倒T型电阻网络、CMOS电路构成的模拟开关和反馈电阻(Rf=10kΩ)，如图7-3所示，图中的虚线内部为AD7520的内部电路。图7-3AD7520内部电路图图7-4是某一位Si的CMOS模拟开关的电路原理图。图中V1～V3组成电平转移电路，使输入信号能与TTL电平兼容。V4、V5及V6、V7组成两个反相器，分别作模拟开关管V8、V9的驱动电路，V8、V9构成单刀双掷开关。图7-4

6、AD7520中的CMOS模拟开关电路AD7520引脚及连接电路如图7-5所示。图7-5AD7520引脚及连接电路AD7520输入数字信号与输出模拟量之间的关系如表7-1所示，其中2n=210=1024。表7-1AD7520输入数字信号与输出模拟量之间的关系2.AD7520的应用数字式可编程增益控制电路如图7-6所示。电路中运算放大器接成普通的反相比例放大形式，AD7520内部的反馈电阻R为运算放大器的输入电阻，而由数字量控制的倒T型电阻网络为其反馈电阻。当输入数字量变化时，倒T型电阻网络的等效电阻便随之改变，这样，反相比例放大器在其输入电阻一定的情

7、况下可得到不同的增益。图7-6数字式可编程增益控制电路根据运算放大器虚地原理，可以得到(7.5)其中UREF=uo，所以(7.6)7.2.3D/A转换器的主要技术指标1.转换精度1)分辨率　　分辨率表示D/A转换器在理论上可以达到的精度,用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。分辨率定义为D/A转换器能够分辨出来的最小输出电压ULSB与最大输出电压UFSR之比。最小输出电压ULSB是指输入的数字代码最低有效位为1，其余各位都是0时的输出电压；最大输出电压UFSR是指输入的数字代码各有效位全为1时的输出电压。n位D/A转换器的分辨率可

8、表示为　分辨率＝(7.7)