数字电子技术基础简明教程第三版(7).pptx

第 7 章　数模和模数转换器 概　述D/A 转换器 A/D 转换器本章小结 概　述 主要要求： 理解数模和模数转换器的概念和作用。 一、数模和模数转换的概念和作用 　数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。 实现数模转换的电路称数模转换器 Digital - Analog Converter，简称 D/A 转换器或 DAC。 　模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。 实现模数转换的电路称模数转换器 Analog - Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC。 数字量数字量模拟量模拟量传感器 被控对象 自然界物理量为何要进行数模和模数转换？ 二、数模和模数转换器应用举例 四路模拟开关数字控制计算机模拟控制器压力传感器DAC…模拟控制器温度传感器DAC…ADC模拟控制器流量传感器DAC…液位传感器DAC模拟控制器…数字信号物理量模拟信号生 产 控 制 对 象 二、数模和模数转换器应用举例7.1 D/A 转换器 主要要求： 了解数模转换的基本原理。 了解 R - 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器的电路与工作原理。 了解常用 D/A 转换器的类型和主要参数。 一、数模转换的基本原理 Dn-1Dn-2n 位二进制数输入DACuO…D1模拟电压输出D0一、数模转换的基本原理 输入数字量D = (Dn-1 Dn-2 ??? D1 D0 ) 2 = Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + ??? + D1 21 + D0 20 输出模拟电压 uO = D△ = (Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + ??? + D1 21 + D0 20 )△　△ 是 DAC 能输出的最小电压值，称为 DAC 的单位量化电压，它等于 D 最低位(LSB)为 1、其余各位均为 0 时的模拟输出电压(用 ULSB 表示)。 可见，uO ∝ D，uO 的大小反映了数字量 D 的大小。LSB — Least Significant Bit (一) 电路组成与转换原理 RFD0D1D2D3iΣ∞△-uO+0S1S2S32R2R2R2R2RI0I1I2I3RRRVREFI0I1I2I3I　由倒 T 型电阻网络、模拟开关和一个电流电压转换电路(简称 I/U 转换电路)组成。二、R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC 　模拟开关 Si 打向“1”侧时，相应 2R 支路接虚地；打向“0”侧时，相应 2R 支路接地。故无论开关打向哪一侧，倒 T 型电阻网络均可等效为下图：2R2R2R2R2RI0I1I2I3RRRVREFABCI0I1I2I3IVREF因此，I =RI3IIII= 22 ( )，I3 == 23 ( )，I2 ==2224244I1I2IIII= 20 ( )= 21 ( )，I0 ==I1 ==224162248从 A、B、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R。即I3 = 23 I0， I2 = 22 I0， I1 = 21 I0， I0 = 20 I0 可见，支路电流值 Ii 正好代表了二进制数位 Di 的权值 2i 。　模拟开关 Si 受相应数字位 Di 控制。当 Di = 1 时，开关合向“1”侧，相应支路电流 Ii 输出；Di = 0 时，开关合向“0”侧， Ii 流入地而不能输出。u0 = - iΣ RF = - D I0 RF = - D · uO= - D · RFD0D1D2D3iΣ对 n 位 DAC， △∞uO= - D · -uO+O= - D · 若取 RF = R， 则S0S1S2S32R2R2R2R2RI0I1I2I3RRRVREFI0I1I2I3IiΣ = D3 I3 + D2 I2 + D1 I1 + D0 I0 = ( D3 23 + D2 22 + D1 21 + D0 20 ) I0 = D I0 n 位 DAC 将参考电压 VREF 分成 2n 份，uO 是每份的 D 倍。调节 VREF 可调节 DAC 的输出电压。三、常用 DAC 的类型和主要参数 (一) 常用 DAC 的类型 　常用 DAC 主要有权电阻网络 DAC、 R - 2R T 形电阻网络 DAC、R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC和权电流网络 DAC。其中，后两者转换速度快，性能好，因而被广泛采用，权电流网络 DAC 转换精度高，性能最佳。 DAC 的最小输出电压变化量，也即 DAC 的最小输出电压值UFSR = uO|D = 11 ??? 1 = ( 2n – 1 ) ULSBn 位均为 1