数模与模数转换技术

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1、第13章数/模与模/数转换技术本章要求：了解数-模、模-数转换的基本原理，理解常见数-模、模-数转换器的电路特点、主要参数及应用。本章内容：在数字处理技术中不仅需要将模拟信号转换数字信号，而且需要将处理过的数字信号再转换为模拟信号。本章主要讲授数-模、模-数转换的基本原理、常见的典型电路及A/D、D/A转换器的主要技术指标。本章学时：2学时13.1数/模转换技术本节学时：1学时本节重点：D/A转换器基本原理及其主要技术指标。教学方法：以常用D/A转换器为例介绍其工作原理。教学手段：传统教学结合电工电子技术EDA仿真，通过例题使学生理解并掌握本章内容。教学内容：将数字量（

2、Digital）转换为模拟量（Analog）的装置称为数/模转换器(简称D/A转换器)。本节介绍常用的三种D/A转换器。13.1.1权电阻D/A转换器1.组成这种转换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网络”、“运算放大器”和“基准电源”等部分组成。如图1示。图1权电阻D/A转换器原理图2.工作原理电子模拟开关(S0～S3)是受二进制数D0～D3控制由电子器件构成的开关。当Di＝1时，则开关Si接到位置1上，将基准电源UR经电阻Ri引起的电流接到运算放大器的虚地点；当Di＝0时，开关Si接到位置0，将相应电流直接接地而不进运放。根据反相比例运算公式可得：显然，输出模拟电压

3、的大小直接与输入二进制数的大小成正比，从而实现了数字量到模拟量的转换。3.特点权电阻D/A转换器的缺点：电阻阻值太多。13.1.2R/2R倒T型电阻网络D¤A转换器D¤A转换是在该转换器的输入端输入数字量D3D2D1D0，然后计算出对应各个数字量的输出模拟量。如图13-2是R/2R倒T型电阻D/A转换器。I图13-3D3=1、D2、D1、D0为0图13-2R/2R倒T型电阻D/A转换器在该转换器的输入端输入数字量1000、0100、0010和0001其输出模拟量分别为：（1）数字量为1000D3=1、D2=D1=D0=0，如图13-3所示，根据电阻串并联规律，有REQ=

4、2R。由于运放的反相端是虚地，没有电流流过REQ。因此有：因此模拟量输出电压：（2）数字量为0100的情况D3=0、D2=1、D1=0、D0=0，如图13-4所示。图13-4D3=0、D2=1、D1=0、D0=0流过电阻Rf的电流I为则输出的模拟量U0为（3）数字量为0010的情况图13-5D3=0、D2=0、D1=1、D0=0如果数字量为0010，就是说D3=0、D2=0、D1=1、D0=0，这种情况如图13-5所示。这种情况下流过电阻Rf的电流I为则输出的模拟量为（4）数字量为0001的情况如果数字量为0001，就是说D3=0、D2=0、D1=0、D0=1，如图13

5、-6所示。图13-6D3=0、D2=0、D1=0、D0=1流过电阻Rf的电流I为则输出的模拟量为若数字量不是上述4种情况，则肯定是上述4种情况的叠加，这时输出模拟量也是上述4种输出模拟量的叠加。例如，若数字量是1101，则输出的模拟量是13.1.3R/2RT型电阻网络D¤A转换器图13-7是R/2RT型电阻网络D/A转换器。图13-7R/2RT型电阻网络D/A转换器运放输入端的电位虚地，流过各个支路的电流都保持不变。为计算流过各个支路的电流，可以把电阻网络等效成图13-8的形式。从A、B、C和D点向左看的等效电阻都是R，因此从参考电源流向电阻网络的电流为I=UR/R，而

6、每个支路电流依次为I/2，I/4，I/8，I/16。各个支路电流在数字量D3、D2、D1和D0的控制下流向运放的反相端或地，若是数字量为1，则流入运放的反相端，若数字量为0，则流入地。图13-8计算各个支路电流的等效电路例如，若D3=1，则有电流I/2流入运放的反相端；若D2=1，则有I/4的电流流入运放的反相端；若D1=1，则有I/8的电流流入运放的反相端；若D0=1，则有I/16的电流流入运放的反相端。将流入运放反相端的电流写成表达式：I=UR/R，而运放输出的模拟电压为：例如，数字量为1001，参考电压为5V，则运放的输出电压为：13.1.4D/A变换器的主要技术

7、指标1、分辨率指最小输出电压和最大输出电压之比。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。例:十位D/A转换器的分辨率为：2、线性度通常用非线性误差的大小表示D/A变换器的线性度。把偏离理想的输入－输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。3、输出电压(电流)的建立时间从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值所需时间。通常D/A转换器的建立时间不大于1mS13.2模/数转换技术本节学时：1学时本节重点：A/D转换器基本原理及其主要技术指标。教学方法：以常用A/D转换器为例介绍其工作原理。教学手段：传统教学结合电工电子技术