第八章AD和DA转换器.doc

PAGE 1 PAGE 8 10 数模和模数转换器 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转换器简称为ADC和D/A转换器简称为DAC是数字系统和模拟系统的接口电路。 一、D/A转换器 D/A转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、倒T型电阻网络D/A转换器 倒T型电阻解码D/A转换器是目前使用最为广泛的一种形式，其电路结构如图10.1.1所示。 图10.1.1 当输入数字信号的任何一位是“1”时，对应开关便将2R电阻接到运放反相输入端，而当其为“0”时，则将电阻2R接地。由图7.2可知，按照虚短、虚断的近似计算方法，求和放大器反相输入端的电位为虚地，所以无论开关合到那一边，都相当于接到了“地”电位上。在图示开关状态下，从最左侧将电阻折算到最右侧，先是2R//2R并联，电阻值为R，再和R串联，又是2R，一直折算到最右侧，电阻仍为R，则可写出电流I的表达式为 只要VREF选定，电流I为常数。流过每个支路的电流从右向左，分别为、、、…。当输入的数字信号为“1”时，电流流向运放的反相输入端，当输入的数字信号为“0”时，电流流向地，可写出的表达式 在求和放大器的反馈电阻等于R的条件下，输出模拟电压为 2、权电流型D/A转换器 倒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转换器一般采用这种变换方式。图10.1.2给出了四位权电流型D/A转换器 eq \o(\s\up 5( eq \o(\s\up 5(Ｉ),\s\do 3(２)) eq \o(\s\up 5(Ｉ),\s\do 3(４)) eq \o(\s\up 5(Ｉ),\s\do 3(８)) eq \o(\s\up 5(　Ｉ),\s\do 3(１６)) - + ∞ + Rf If vO D3 D2 D 1 D 0 S3 S2 S1 S0 -VREF 图10.1.2 权电流D/A 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。 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（符号位加数值码）。表10.1.1 表10.1.1 十进制数 补码 偏移码 符号数值码 十进制数 补码 偏移码 符号数值码 十进制数 补码 偏移码 符号数值码 十进制数 补码 偏移码 符号数值码 0 0000 1000 0000 -1 1111 0111 1001 1 0001 1001 0001 -2 1110 0110 1010 2 0010 1010 0010 -3 1101 0101 1011 3 0011 1011 0011 -4 1100 0100 1100 4 0100 1100 0100 -5 1011 0011 1101 5 0101