第11章 DA与AD转换器.ppt

第11章 D/A与 A/D转换器 本章大纲 11.1 D/A转换器 11.2 A/D转换器 11.3 本章小结 图11-1所示是一个输入为3位二进制数时D/A转换器的转换特性，它形象地反映了D/A转换器的基本功能。 11.1.2 变换网络 1．权电阻变换网络 权电阻变换网络如图11-2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。 2．R-2RT型电阻变换网络 R-2RT型电阻网络中串联臂上的电阻为R，并联臂上的电阻为2R，如图11-3所示。从每个并联臂2R电阻往后看，电阻都为2R，即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=2iIREF/2n，即与二进制i位权成正比。 3．权电流型变换网络 R-2RT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，但其电子开关并非是理想器件，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11-4给出了4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。 11.1.3 模拟开关 在D/A变换器中，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）的控制下，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0?V，断开时电阻无穷大。而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，因此可用作理想模拟开关 11.1.4 D/A转换器的主要技术指标 D/A转换器的主要技术指标包括转换精度、转换速度和温度系数等。 1．转换精度 D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。 （1）分辨率 分辨率是D/A转换器在理论上可达到的精度，定义为电路能分辨的最小输出（?V）和满度输出（Vm）之比。 分辨率= D/A变换器的位数n表示了分辨率，分辨率也可以用数字位数表示。输入数字量位数越多，输出电压可分离的等级越多，即分辨率越高。 （2）转换误差 转换误差的来源很多，如转换器中各元件参数值的误差，基准电源不够稳定和运算放大器零漂的影响等。 转换误差用以说明D/A转换器实际上能达到的转换精度。转换误差可用满度值的百分数表示，也可用LSB的倍数表示。如转换误差为（1/2）LSB，表示绝对误差为?V/2。 D/A转换器的绝对误差（或绝对精度）是指输入端加入最大数字量（全1）时，D/A转换器的理论值与实际值之差。该误差值应低于LSB/2。 2．转换速度 （1）建立时间tset 建立时间是指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需时间。一般用D/A转换器输入的数字量NB从全0变为全1时，输出电压达到规定的误差范围（?LSB/2）时所需时间来表示。D/A转换器的建立时间较快，单片集成D/A转换器建立时间最短可达0.1?s以内。 （2）转换速率SR 转换速率是指大信号工作状态模拟输出电压的最大变化率，通常以V/?s为单位。反映了电压型输出的DAC中输出运算放大器的特性。 3．温度系数 温度系数是指在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数作为温度系数。 11.1.5 集成D/A转换器 11.2 A/D转换器 A/D转换是将时间连续和幅值连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字量，一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。但在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中也是同时实现的 。 11.2.1 采样和保持 采样就是对模拟信号周期性地抽取样值，使模拟信号变成时间上离散的脉冲串，但其幅值仍