数字电路与逻辑设计（第四版）课件 第8章 数模和模数转换.pptx

第8章数/模和模/数转换;

8.1概述;

为了保证数据处理的准确性，D/A转换器和A/D转换器必须有足够的精度，同时，为了适应快速过程的控制和检测的需要，D/A转换器和A/D转换器还必须有足够快的转换速度。因此，转换精度和转换速度成为衡量D/A转换器和A/D转换器性能优劣的主要指标。;

目前常见的D/A转换器有权电阻网络D/A转换器、倒T型电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器等几种类型。

A/D转换器的类型也有多种，可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类。在常见的直接A/D转换器中，又有并联比较型A/D转换器和反馈比较型A/D转换器两类。目前使用的间接A/D转换器大多都属于电压/时间变换型，如双积分型A/D转换器。;

8.2D/A转换器;

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2.工作原理

下面分析图8-1所示权电阻网络D/A转换器输出的模拟电压和输入数字信号之间的关系。在假设运算放大器输入电流为零的条件下可以得到:

取RF=R/2，则得到;

对于n位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻取为R/2时，输出电压的计算公式可写成:

上式表明，输出的电压正比于输入的数字量，从而实现了从数字量到模拟量的转换。;

【例8.1】在图8-1所示权电阻网络D/A转换器中，设UREF=-8V，RF=R/2，试求:

(1)当输入数字量d3d2d1d0=0001时的输出电压。

(2)当输入数字量d3d2d1d0=0101时的输出电压。

(3)当输入为最大数字量时的输出电压。;

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权电阻网络D/A转换器的优点是电路结构比较简单，所用的电阻元件数较少。它的缺点是各个电阻的阻值相差比较大，尤其是在输入信号的位数较多时，这个问题更突出。例如当输入信号增加到8位时，如果取权电阻网络中最小的电阻为R=10kΩ，那么最大的电阻阻值将达到27R(=1.28MΩ)，两者相差128倍之多。要想在极为宽广的阻值范围内保证每个电阻都有很高的精度是十分困难的，尤其对制作集成电路不利。为了克服权电阻网络D/A转换器中电阻阻值相差太大的缺点，常采用倒T型电阻网络D/A转换器。;

8.2.2倒T型电阻网络D/A转换器

1.电路组成

???图8-2所示为4位R-2R倒T型电阻网络D/A转换器的原理图。和权电阻网络D/A转换器相比，除电阻网络结构呈倒T型外，电阻网络中只有R、2R两种阻值的电阻，这就给集成电路的设计和制作带来了很大的便利。;

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2.工作原理

电子模拟开关S0~S3受输入数字信号d0~d3控制。当di=1时，Si接求和运算放大器的虚地端；当di=0时，Si接地。可见，无论输入数字信号为0还是为1，即无论各电子模拟开关接“0”端还是接“1”端，各支路的电流都直接流入地或流入求和运算放大器的虚地端，所以对于倒T型电阻网络来说，各2R电阻的上端相当于接地。;

由图8-2可知，基准电压UREF对地电阻为R，其流出的电流i=UREF/R是固定不变的，而每个支路的电流依次为I/2、I/4、I/8、I/16，因此，流入求和运算放大器的电流IΣ为

在求和运算放大器的反馈电阻阻值RF等于R的条件下输出电压为;

对于n位输入的倒T型电阻网络D/A转换器，在求和运算放大器的反馈电阻阻值为R的条件下，输出的模拟电压的计算公式为;

由上式可看出，输出电压和输入数字量呈正比关系。由于不论电子模拟开关接“0”端还是接“1”端，电阻2R的上端总是接地或接求和运算放大器的虚地端，因此流经2R支路上的电流不会随开关状态的变化而改变，它不需要建立时间，所以电路的转换速度提高了。倒T型电阻网络D/A转换器的电阻数量虽比权电阻网络多，但它只有R和2R两种阻值，因而克服了权电阻网络电阻阻值多，差别大的缺点，便于集成化。因此，R-2R倒T型电阻网络D/A转换器得到了广泛的应用。;

8.2.3权电流型D/A转换器

1.电路组成

图8-3所示为4位权电流型D/A转换器的原理图。它由权电流源(I/16、I/8、I/4、I/2)，电子模拟开关S0、S1、S2、S3，基准电源(UREF)及求和运算放大器组成。

电子模拟开关S0~S3受输入数字信号d0~d3控制，如果第i位数字信号di=1，则相应的开关Si将权电流源接至求和运算放大器的反相输入端；若di=0，则相应的开关将电流源接地。;

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恒电流源电路经常使用图8-4所示的电路结构形式。只要在电路工作时UB和UEE稳定不变，三极管的集电极电流就可保持恒定，不受开关内阻的影响。电流的大小近似为;