数模与模数转换.docx

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1、第8章数模与模数转换随着科学技术的迅速发展，尤其是在自动控制、自动检测通信等领域中，广泛采用数字电子计算机处理各种模拟信号，这样，必须先把这些模拟信号转换成相应的数字信号，计算机系统才能进行分析、处理，处理后的数字信号还需再转换为模拟信号才能实现对执行机构的控制。从模拟信号到数字信号的转换称为模一数转换，简写为A/D。把能完成A/D转换功能的电路称为模数转换器，简称为ADC(AnalogtoDigitalConverter)。从数字信号到模拟信号的转换称为数一模转换，简写为D/A,把能完成D/A转换

2、功能的电路称为数模转换器，简称DAC(DigitaltoAnalogConverter)。模拟信号和数字信号之间的转换可用图8-1所示，由此可见，ADC和DAC就是连接模拟系统和数字系统的“桥梁”一接口电路。图8-1模拟信号与数字信号的转换过程8.1数模转换数模转换的基本思想是，把数字量中的每一位代码按对应权的大小转换成相应的模拟量，这些模拟量之和与数字量成正比。数模转换器由输入寄存器、电子模拟开关、解码网络、基准电压源和求和电路组成，其组成的方框图如图8-2所示。图8-2DAC构成框图DAC电路的

3、工作过程为：数字量以并行或串行方式输入并存储在输入寄存器中，寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子模拟开关，解码网络就能获得相应的模拟量，再将这些模拟量送到求和电路相加即得到与数字量相对应的模拟量。数模转换器按解码网络结构分为T形及倒T形电阻网络D/A转换器，权电阻网络D/A转换器，权电流D/A转换器等。按模拟开关电路的不同可分为CMOS开关型和双极开关型D/A转换器，下面介绍常见的两种即倒T形电阻网络型和权电流型D/A转换器。8.1.1倒T形电阻网络D/A转换器1.电路组成如图8-3所示为4位倒

4、T型电阻网络D/A转换器，它是由电阻译码网络、模拟电子开关和运算放大器三部分组成。图8-3倒T型电阻网络DAC电阻译码网络由R和2R组成，呈倒T型结构，这种结构的特点是从每个节点向左看，它的等效电阻值均为R。运算放大器近似看成理想放大器，即它的开环放大倍数为无穷大，输入电阻为无穷大，输出电阻为零。Rf跨接在它的输出端和反相输入端形成负反馈，运算放大器和Rf构成求和电路。1.工作原理模拟电子开关S0—S3分别由输入的二进制数码D0—D3控制。当Di=1时，Si接运算放大器反相端（即虚地），电流it流入

5、求和电路；当Di=0时，Si接运算放大器同相端（即接地端）。因此不论输入的数码Di状态如何，电子开关都可看作接零电位。而根据电阻解码网络结构的特点，从每个节点向左看的等效电阻均为R,因此，基准电源接供的电流

6、=肛,R电流I流进节点后均分为两路相等的电流，由此可推断出流过模拟开关S3、S2、Si、So的电流分别为1/2、I/4、I/8和I/16。而由于电子开关受二进制数码Di控制，可推断出流入运算放大器反相端的总电流i2为i「D32D2-Di-Do48丄16Ure帀DoDi.D2.D3)(43'2r)

7、R2222(8-1)这个电流i2流进运算放大器，根据虚短及虚断概念，可推断出Uo=—i2Rf，取Rf=R时,可得出Uo二-辱（23D322D221Di2ODo）（8-2）24由此可见，输出的模拟电压U。与输入的二进进数码Di成正比。从而实现了模数转换。2.特点这种电路工作时，在前一位二进制数码切换到后一组二进制数码时，各位数码对应的电流同时直接到达集成运放的输入端，这样即能提高转换速度，又减小了动态过程中输出端的尖峰效应。常见的CMOS开关倒T形电阻网络D/A转换且有AD752。（1o位）、DAC1

8、21。（12位）、AK7546（16位高精度）等。在讨论倒T形电阻网络D/A转换器时，忽略了模拟电子开关的导通电阻，而实际中电子开关都存在一定的导通电阻，且各导通电阻又不会完全相同，这样势必会引起转换误差。8.1.2权电流型D/A转换器1•电路组成4位权电流型D/A转换器如图8-4所示。这种电路用一组恒流源代替T型电阻网络，恒流源的电流值(即权电流值)从高位到低位依次为1/2、1/4、I/8和I/16，由于采用了恒流源，各支路电流的大小不受电子开关导通电阻的影响，从而提高了转换精度。OnDiDhS—

9、11I8.>00++图8-4权电流型D/A转换器2•工作原理当输入二进制数码Di=l时，对应的电子开关Si接运算放大器的反相输入端，相应的权电流流入求和电路；当Di=0时，Si相应接地。因此，输出电压为Uo”「ReD3iD2-D18(23D222D221D120D0)Ub-Ube-UeRrefVe图8-5权电流型D/A转换器中的恒流源(8-3)即输出模拟电压与输入的二进制数码成正比。3•恒流源电路恒流源电路的结构如图8-5所示，由电路可分析出(8-4)即只要在电路工作