ad_da转换器_doc(DOC可编).doc

第八章 A/D和D/A转换器 在数字系统的应用中，通常要将一些被测量的物理量通过传感器送到数字系统进行加工处理；经过处理获得的输出数据又要送回物理系统，对系统物理量进行调节和控制。传感器输出的模拟电信号首先要转换成数字信号，数字系统才能对模拟信号进行处理。这种模拟量到数字量的转换称为模-数(A/D)转换。处理后获得的数字量有时又需转换成模拟量，这种转换称为数-模(D/A)变换。A/D变换器简称为ADC和D/A变换器简称为DAC是数字系统和模拟系统的接口电路。 第一节 基本概念 一、D/A变换 D/A变换器一般由变换网络和模拟电子开关组成。输入n位数字量D（=Dn-1…D1D0）分别控制这些电子开关，通过变换网络产生与数字量各位权对应的模拟量，通过加法电路输出与数字量成比例的模拟量。 （1）变换网络 变换网络一般有权电阻变换网络、R-2RT型电阻变换网络和权电流变换网络等几种。 ⅰ、权电阻变换网络 权电阻变换网络如图8-1所示，每一个电子开关Si所接的电阻Ri等于2n-1-iR（i=0～n-1），即与二进制数的位权相似，R0=2n-1R，Rn-1=R。对应二进制位Di=1时，电子开关Si合上，Ri上流过的电流 Ii=VREF/Ri。 令VREF/2n-1R=IREF，则有 Ii=2iIREF， 即Ri上流过对应二进位权倍的基准电流，Ri称为权电阻。 权电阻网络中的电阻从R到2n-1R成倍增大，位数越多阻值越大，很难保证精度。 图8-1 权电阻D/A变换器 ⅱ、R-2R电阻变换网络 R-2R电阻网络中串联臂上的电阻为R，並联臂上的电阻为2R，如图8-2所示。从每个並联臂2R电阻往后看，电阻都为2R，所以流过每个与电子开关Si相连的2R电阻的电流Ii是前级电流Ii+1的一半。因此， Ii=2iI0=2i IREF/2n， 即与二进制i位权成正比。 图8-2 R-2RT型电阻网络D/A变换器 ⅲ、权电流型变换网络 R-2R T型电阻变换网络虽然只有两个电阻值，有利于提高转换精度，但电子开关並非理想器件，模拟开关的压降以及各开关参数的不一致都会引起转换误差。采用恒流源权电流能克服这些缺陷，集成D/A变换器一般采用这种变换方式。图8-3给出了四位权电流型D/A变换器的示意图。高位电流是低位电流的倍数，即各二进制位所对应的电流为其权乘最低位电流。 图8-3 权电流D/A变换器 （2）模拟开关 在D/A转换器中，使用了各种电子模拟开关。有双极型晶体管的，也有MOS管的。模拟开关在输入数字信号(Di)控制下，使变换网络中相应支路在基准电源和地之间或在运算放大器输入（虚地）和地之间切换。 理想模拟开关要求在接通时压降为0V，断开时电阻无穷大。双极型晶体管在饱和导通时管压降很小，截止时有很大的截止电阻，可用作为模拟开关。CMOS传输门和反相器组成的模拟开关在CMOS传输门中已经作过介绍，这里不再重述。 （3）D/A转换器的输出方式 D/A转换器大部份是数字电流转换器，实用中通常需增加输出电路，实现电流电压变换。在变换网络中，电流是单方向的，即在0和正满度值或负满度值之间变化，是单极性的。为了能使输出在正负满度值之间变化，也即双极性输出方式，也需要增加输出电路。 在单极性输出方式时，数字量采用自然二进制码表示大小，输出电路只要完成电流→电压的变换即可，如图8-1～8-3所示。 双极性输出方式时，数字量是双极性数。二进制双极性数字的负数可采用：2的补码、偏移二进制码或符号数值码（符号位加数值