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第九章 数-模和模-数转换

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第九章数－模和模－数转换
•9.1概述（无图）
•9.2D/A转换器
•9.3A/D转换器
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9.2 D/A转换器（一）
•图9.2.1 权电阻网络D/A转换器
•图9.2.2 双级权电阻网络D/A转换器
•图9.2.3 倒T型电阻网络D/A转换器
•图9.2.4 计算倒T型电阻网络支路电流的等效电路
•图9.2.5 CB7520（AD7520）的电路原理图
•图9.2.6 CB7520中的CMOS模拟开关电路
•图9.2.7 权电流型D/A转换器
•图9.2.8 权电流型D/A转换器中的恒流源
•图9.2.9 利用倒T型电阻网络的权电流型D/A转换器
•图9.2.10 DAC0808的电路结构框图
•图9.2.11 DAC0808的典型应用
•图9.2.12 开关树型D/A转换器
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9.2 D/A转换器（二）
•图9.2.13 权电容网络D/A转换器
•图9.2.14 输入为1000时图9.2.13的等效电路
•图9.2.15 具有双极性输出电压的D/A转换器
•图9.2.16 D/A转换器的转换特性曲线
•图9.2.17 比例系数误差
•图9.2.18 漂移误差
•图9.2.19 非线性误差
•图9.2.20 D/A转换器的建立时间
•图9.2.21 串行输入D/A转换器的电路结构框图
•图9.2.22 串行输入D/A转换器MAX515的电路结构框图
•图9.2.23 MAX515的工作时序图
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图9.2.1 权电阻网络D/A转换器
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图9.2.2 双级权电阻网络D/A转换器
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图9.2.3 倒T型电阻网络D/A转换器
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图9.2.4 计算倒T型电阻网络支路电流的
等效电路
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图9.2.5 CB7520（AD7520）的电路原理图
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图9.2.6 CB7520中的CMOS模拟开关电路
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图9.2.7 权电流型D/A转换器
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图9.2.8 权电流型D/A转换器中的恒流源
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图9.2.9 利用倒T型电阻网络的权电流型D/A 转换器
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图9.2.10 DAC0808的电路结构框图
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图9.2.11 DAC0808的典型应用
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图9.2.12 开关树型D/A转换器
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图9.2.13 权电容网络D/A转换器
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图9.2.14 输入为1000时图9.2.13的等效电路
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图9.2.15 具有双极性输出电压的D/A转换器
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图9.2.16 D/A转换器的转换特性曲线
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图9.2.17 比例系数误差
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图9.2.18 漂移误差
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图9.2.19 非线性误差
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图9.2.20 D/A转换器的建立时间
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图9.2.21 串行输入D/A转换器的电路结构框图
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图9.2.22 串行输入D/A转换器MAX515的电路结构框图
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图9.2.23 MAX515的工作时序图
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9.3 A/D转换器
•图9.3.1 对输入模拟信号的取样
•图9.3.2 还原取样信号所用滤波器的频率特性
•图9.3.3 划分量化电平的两种方法
•图9.3.4 对双极性模拟电压的量化和编码
•图9.3.5 取样－保持电路的基本形式
•图9.3.6 集成取样－保持电路LF198（a）电路结构（b）典型接法
•图9.3.7 并联比较型A/D转换器
•图9.3.8 计数型A/D转换器
•图9.3.9 逐次渐近型A/D转换器的电路结构框图
•图9.3.10 3位逐次渐近型A/D转换器的电路原理图
•图9.3.11 双积分型A/D转换器的结构框图
•图9.3.12 双积分型A/D转换器的电压波形图
•图9.3.13 双积分型A/D转换器的控制逻辑电路
•图9.3.14 V－F 变换型A/D转换器
•图9.3.15 串行输出的A/D转换器
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图9.3.1 对输入模拟信号的取样
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图9.3.2 还原取样信号所用滤波器的频率特性
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图9.3.3 划分量化电平的两种方法
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111
110
101
100
011
010
001
000
111
110
101100011010001000
输入信号1V 7/8V
6/8V
5/8V
4/8V
3/8V
2/8V
1/8V
二进制代码输入
信号二进制代码1V
13/15V
11/15V
9/15V
7/15V
5/15V
3/15V
1/15V
代表的模拟电压7∆ =7/8（V ）
6∆=6/8（V）
5∆=5/8（V）
4∆=4/8（V）
3∆=3/8（V）
2∆ =2/8（V）
1∆=1/8（V）
0 =0 （V）
代表的模拟电压
7∆=14/15（V）6∆=12/15（V）5∆=10/15（V）4∆= 8/15（V）3∆= 6/15（V）2∆= 4/15（V）1∆= 2/15（V）0 = 0 (V）
图9.3.4 对双极性模拟电压的量化和编码
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图9.3.5 取样－保持电路的基本形式
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图9.3.6 集成取样－保持电路LF198
（a）电路结构（b）典型接法
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图9.3.7 并联比较型A/D转换器
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图9.3.8 计数型A/D转换器
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图9.3.9 逐次渐近型A/D转换器的电路结构框图
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图9.3.10 3位逐次渐近型A/D转换器的电路原理图
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图9.3.11 双积分型A/D转换器的结构框图
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图9.3.12 双积分型A/D转换器的电压波形图
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图9.3.13 双积分型A/D转换器的控制逻辑电路
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图9.3.14 V－F 变换型A/D转换器
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图9.3.15 串行输出的A/D转换器
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数模转换讲解

数模转换讲解


本章的难点：
本章的难点在一些A/D转换器内部电路结构和详细工作 过程上，但这不是本章学习的重点。
1
第九章 数模和模数转换 第一节 概述
数模转换：将数字量 (Digital)转换为模拟量(Analog)。 简称D/A 转换。 模数转换：将模拟量(Analog)转换为数字量(Digital)。 简称A/D转换。 传感器 计算机 被控对象 A/D转换器
驱动电路
D/A转换器
2
主要指标：转换精度；转换速度。
分类：
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 权电容网络D/A转换器 开关树型D/A转换器 并联比较型 A/D 转 换 器 直接转换型 反馈比较型 计数型 逐次渐进型
D/A 转 换 器
间接转换型
双积分型（V－T变换型）
转换时间
TTR (max) ts
V0 (max) SRபைடு நூலகம்
输出模拟电 压最大值 运放输出转 换速率
17
第三节 A/D转换器 一、A/D转换的基本原理 在A/D转换器中，由于输入 模拟信号在时间上是连续的， 而输出数字信号是离散的，所 以转换只能在一系列选定的瞬 间对输入模拟信号采样，然后 再把这些采样值转换成输出数 字量。
公式化简过程请 同学自己解决。
26
2.反馈比较型A/D转换器
思路：将一数字量加到D/A转换器上，再把D/A转换器输出的 模拟电压与输入模拟电压相比较。若不相等，则修改数字量，直 到两模拟电压相等，此时对应的数字量就是转换结果。
(1)计数型A/D转换器 数字量由计数 器提供。
B =
1 0
I O
I REF RB 2 2R
B
AD(AnalogtoDigital).ppt

AD(AnalogtoDigital).ppt


1.分辨率
分辨率是指输入数字量最低有效位为 1 时，对应输出可
分辨的电压变化量ΔU与最大输出电压Um之比，即
U 1 n 分辨率 Um 2 1
分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越灵敏。
而分辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率越高。
第9章 数/模和模/数转换器
2. 转换精度
2 1 Um n UR 2
n
因而U的变化范围是
2 1 0 ~ n UR 2
n
第9章 数/模和模/数转换器
2．倒T型电阻网络D/A转换器
图9.2.3为倒T型电阻网络D/A转换器。该电路中，电阻只 有R和2R两种，构成T型网络。开关Sn-1～S0是在运算放大器
求和点（虚地）和地之间转换，因此，无论开关在任何位置，
的输入信号，根据取样定理，一个频率有限的模拟信号，
其取样频率f S 必须大于等于输入模拟信号包含的最高频 率fmax的两倍，即取样频率必须满足：
第9章 数/模和模/数转换器
9.1
概
述
随着数字电子技术的迅速发展，尤其是计算机在自动检 测、自动控制以及许多其他领域中的广泛应用，用数字技术 来处理模拟信号已非常普遍。 为了用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转换 成数字信号，才能送入数字系统进行处理。同时，往往还需 要把处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。 我们把从模拟信号转换到数字信号称为模/数转换，或称为 A/D（AnalogtoDigital）转换，把从数字信号转换到模拟信 号称为D/A（DigitaltoAnalog）转换。同时，把实现A/D转换 的电路称为A/D转换器（ADC,AnalogDigitalConverter）； 把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（DAC,DigitalAnalogConverter）。
第9章-DAC和ADC

第9章-DAC和ADC


图9.2.6
DAC——CB7520电路原理图
【例1】 下图是用CB7520和74LS161组成的波形发生器电路。已 知CB7520的VREF=-10V，试画出输出电压V0的波形，并标出波形图 上各点电压的幅度。
9.2.7
DAC——CB7520应用举例
§9.2.3 权电流型D/A转换器
在权电阻网络DAC和倒T形电阻网络DAC中的模拟开关在实 际应用中，总存在一定的导通电阻和导通压降，而且每个开关的 情况又不完全相同，所以它们的存在无疑会引起转换误差，影响 转换精度。 权电流型DAC可有效的解决这一问题。其示意图如下：
n
其中： X X n 2
n 1
X n 1 2
n2
X 1 2 Dn
0
一般的数模转换器的基本组成可分为四部分，即：电 阻译码网络、模拟开关、基准电压源和求和运算放大器。
图9.2.2 数模转换器原理图
目前使用最广泛的D/A转换技术有两种：权电阻网络 D/A转换和T形电阻网络D/A转换。
本章主要内容
第一节
概述
第二节
D/A转换器
第三节 A/D转换器
§9.1 概述
DAC和ADC的应用举例：
DAC和ADC的应用举例——MP3播放器：
DAC和ADC的应用举例——数字温度计：
DAC和ADC的应用举例——数字血压计：
在过程控制和信息处理中，经常会遇到一些连续变化的 物理量，如话音、温度、压力、流量等，它们的量值都是 随时间连续变化的。为了能使用数字电路处理模拟信号， 必须把模拟信号转换成相应的数字信号，方能送入数字系 统进行处理。同时，还往往要求将处理后得到的数字信号 再转换为相应的模拟信号作为最后的输出。 图9.1.1所示即为一个典型的数字控制系统框图：
数字电子技术基础第九章模数与数模转换

数字电子技术基础第九章模数与数模转换


vo
+
I=IREF
=
VREF R1
S3
S2
S1
S0
I
I
I
I
I
VREF
R1 VR+
Tr A2
2
T3
T2
4
8
16
16
T1
T0
Tc
VR— +
IREF
IE3
IE2
IE1
IE0
IEC
R
2R
2R
2R
2R 2R
IBB
偏置 电流
VEE
R
R
R
IE3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8，IE0=I/16
电流的参 考方向
i0
二． 倒T形电阻网络D/A转换器（4位）
图中S0～S3为模拟电子开关，由输入数码Di控制， 当Di=1时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路； 当Di=0时，Si将电阻2R接地。 所以，无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。
电流的参 考方向
电流的真 实方向也 如此
参考电压源VREF、运算放大器A2、R1、Tr、R与VEE组成基准电 流IREF产生电路，A2和R1、Tr的cb结组成电压并联负反馈电路 ，以稳定输出电压，即Tr的基极电压。Tr的集电结，电阻R到 VEE为反馈电路的负载，由于电路处于深度负反馈，根据虚短 的原理，其基准电流为：
I I REF
VREF R1
000 001 010 011 100 101 110 111 D
根据解码网络的不同，D/A转换器分不同类型，常见的 有： 倒T型电阻网络D/A转换 权电阻网络D/A转换 权电流型D/A转换等