第十章数模与模数变换器.ppt

教 学 要 求 掌握R/2R梯形网络或倒置R/2R梯形网络D/A转换器电路结构和工作原理。 了解典型集成D/A转换器的电路结构。 重点、难点： D/A转换器的电路结构和工作原理。 作业：P422 10.1.2 教学要求 掌握A/D转换器的电路结构和工作原理。 了解典型集成A/D转换器的电路结构。 重点、难点： A/D转换器的电路结构和工作原理。 作业：P425 10.2.2 * 第十章 数/模与模/数变换器 §10.1 数/模转换器（DAC） §10.2 模/数转换器（ADC） 用途：数/模与模/数变换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。 D/A变换器也称为数/模变换器，作用是将数字量转换为模拟量 A/D变换器也称为模/数变换器，作用是将模拟量转换为数字量的装置 基本概念 控制对象 计算机 ADC DAC 传感 器 执行 元件 由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A变换器的基本思想。 §10.1 数/模转换器（DAC） 何谓权？ 如何求和？ 模拟电压 权1 权n 权2 求和电路 D1 D2 Dn 基准电压 数字量 1 1 1 1 1 1 1 1 1/256VCC 0V 1/2VCC 1/16VCC 1/32VCC 1/64VCC 1/128VCC 1/8VCC 1/4VCC 模拟电压 数字量 每一位数字量与模拟电压一一对应 权 UO + + - A U1 U2 结论： 求和电路 R 原理： 10.1.1 权电阻D/A变换器 uo UR S2 S3 S1 S0 R R/2 R/4 R/8 R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 + + - A 5 k R = 80 k 这种变换器由“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。 + + - A uo S2 S3 S1 S0 R R/2 R/4 R/8 R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 UR 5 k R = 80 k 电子模拟开关( S0 ~S3 ) 是受二进制数D0 ~ D3 控制并由电子器件构成的开关。当 DK ＝1 时，则开关SK 接到位置1上，将基准电源UR经电阻Rk引起的电流接到运算放大器的虚地点；当Dk＝0 时，开关Sk 接到位置0 ，将相应电流直接接地而不进运放。 T1 T2 S D a 模拟电子开关的 简化原理电路 当 D = 1 时，T2 管饱和导通，T1 管截止，则 S 与 a 点通 ； 当 D = 0 时，T1 管饱和导通，T2 管截止，则 S 被接地 。 前者相当于开关S 接到 “ 1 ” 端 ，后者则 相当于开关S 接到“ 0 ”端 。 + + - A uo S2 S3 S1 S0 R R/2 R/4 R/8 R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 UR 5 k R = 80 k Uo = - UR RF R （ ） D3 D0 D1 D2 23 20 21 22 ＋ ＋ ＋ 根据求和电路的结论可得： 显然，输出模拟电压的大小直接与输入 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 。 该电路的问题是什么？ 10.1.2 R-2R倒T形电阻网络 DAC( 以4位为例 ) uo UR A B + + - A S2 S3 S1 S0 2R 2R 2R 2R R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 2R R R R I3 I2 I1 I0 I C D 由于解码网络的电路结构和参数匹配，使得上图中D、C、B、A四点的电位逐位减半。 下面分析输入数字量和输出模拟电压 uo 之间的关系: 注意：开关S不管处于何种位置S端电位均为0 uo + + - A S2 S3 S1 S0 2R 2R 2R 2R R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 UR 2R R R R I3 I2 I1 I0 I A B C D UD = UR Uc = UR / 2 UB = UR /4 UA = UR /8 即： 结论：每个 2R支路中的电流是逐位减半的，而且大小与开关位置无关。 + + - A uo S2 S3 S1 S0 2R 2R 2R 2R R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1