数字电路第2版课件作者刘勇第7章节数模与模数转换.PPT

第7章 数-模转换与模-数转换 7.1 数模转换器（DAC） 7.2 模数转换器（ADC） 基本概念 将模拟信号转换为数字信号的过程称为模数转换（Analog to Digital），或A/D转换。能够完成这种转换的电路称为模数转换器（Analog Digital Converter），简称ADC。 将数字信号转换为模拟信号的过程称为数模转换（Digital to Analog），或D/A转换。能够完成这种转换的电路称为数模转换器（Digital Analog Converter），简称DAC。 随着集成电路技术的发展，现在单片集成的ADC和DAC芯片已有数百种，可以满足不同应用场合的需求。 许多连续变化的物理量，例如：温度、速度、压力、位移等都是非电量。对这类信号进行处理时，需要首先利用传感器将其转换为连续变化的模拟电信号，然后再实现与数字信号之间的转换。 7.1 数模转换器（DAC） 7.1.1 D/A转换原理 在D/A转换过程中，输入的数字信号是二进制编码。通过转换，将该编码按每位权的大小换算成相应的模拟量，然后将代表各位数字的模拟量相加，得到的和就是与输入的数字信号成正比的模拟量。 以电路输出电压量为例，DAC的输出电压 与输入数字信号D之间的关系为： 【例7.1】已知8位二进制DAC，当输入数字量 时，电路输出模拟电压为 。若输入数字量 时，电路输出模拟电压 是多少？ 解 由于DAC输出的模拟量与输入的数字信号成正比，且 ， 。所以： 得 7.1.2 常见DAC电路 1．权电阻网络DAC（weighted resistance DAC） 这里以四位权电阻网络DAC为例进行介绍。主要包括四部分：参考电压源 、模拟开关 ～ 、电阻译码网络、求和放大器。 设在该电路输入端输入一个四位二进制码 ， ～是受 控制的双向模拟开关。流入求和放大器输入端的电流为： 取求和放大器反馈电阻 ，则该电路输出电压为： 电路输出电压 与输入四位二进制代码D成正比， 依次类推，n位权电阻网络DAC的求和放大器输入端电流、输出电压表达式分别为： 比例系数 由此可知，输入n位二进制代码的取值范围为： 到 ，相应输出电压的取值范围为：0到 。 该电路的优点是电路结构简单，使用电阻数量较少；各位数码同时转换，速度较快。缺点是电阻译码网络中电阻种类较多、取值相差较大，随着输入信号位数的增多，电阻网络中电阻取值的差距加大；在相当宽的范围内保证电阻取值的精度较困难，对电路的集成化不利。该电路比较适用于输入信号位数较低的场合。 2．T型电阻网络DAC（T type DAC） T型电阻网络DAC与权电阻网络DAC的主要区别是电阻网络不同。其电阻网络中仅有阻值为R和2R的两种电阻，克服了电阻取值分散的缺点。 该电路的结构特点是从任一节点向左或向右看，其等效电阻均为2R；从任一开关到地的等效电阻均为3R。 当输入数码 时，参考电压 在该支路产生的电流为 ，且该电流在流向求和放大器输入端的过程中，每经过一个节点，电流就被分成相等的两部分。 当输入四位二进制代码 时，模拟开关 接 ，其余开关均接地。流经开关的支路电为 ，该电流在流向求和放大器输入端的过程中，需经过A、B、C、D四个节点。如上所述，最终流向求和放大器的电流为 。 当 时，参考上面的分析可知，最终流向求和放大器的电流分别为： 、 当 时，根据叠加原理，流入求和