第九章 数-模转换和模-数转换

编码：
用二进制代码表示量化后的输入模拟电压。
量化和编码是在同一个电路中完成的。下图说明了两种量 化方法：
22
－1/15V
若用此范围表示
001会更准确
量化误差＝
量化误差＝
2
当输入电压不为 的整数倍时，必然产
23
生误差，称为量化误差。
输入为双极性时： 输出一般采用二进制补码表示。可用下图表示：
=1V
第一次积分:对输入模拟电压定 时积分，时间为T1,由控制逻辑 电路决定；
C
1 Idt I
C
CR
电容C上电压
dt
第二次积分:对参考电源VREF定
速积分， O的变化速度由
VREF,R和C决定。
31
t1时刻电容电压 c 即 o 值为：
o
权电阻网络D/A转换器
D/A 转 换
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
器
开关树型D/A转换器
并联比较型 计数型
A/D
直接转换型 反馈比较型
转
逐次渐进型
换 器
间接转换型 双积分型（V－T变换型）
V—F变换型 3
第二节 D/A转换器 权电阻网络
一、权电阻网络D/A转换器 1.原理
非线性误差有时导致 转换特性局部非单调性， 从而引起系统不稳定。
注意：运放和参考 电源多为外接，电 阻网络和模拟开关 在集成DAC内部。
15
例：在10位倒T型电阻网络DAC中，VREF=-10V。为保证VREF偏离 标准值所引起的误差小于1/2LSB，计算VREF相对稳定度应取多少？ 解：
1.计算1/2LSB: 当输入数字量D=1时，输出电压为LSB。故：

d2

I 22

d1

I 23

d0

I 24
)

IRF 24
(d3 23
d2 22
d1 21 d0 20 )

IRF 24
3
(di 2i )采用恒流源电路后对提高转换精度有什么好处？
i0
9.2.7 D/A转换器的主要技术指标
1.分辨率
分辨率：D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 实际应用中用输入数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。
八位集成ADC0809
图 9-17 ADC0809 (a) 电原理框图； (b) 引脚图
2. 主要技术指标 分辨率： 八位。
转换时间： 100μs 。
功耗： 15mW 电源： 5V 。
图 9-4 比例系数误差
图 9-5 漂移误差
3.
从数字信号输入DAC起，到输出电流（或电压）
达到稳态值所需的时间为建立时间。 建立时间的大小
决定了转换速度。目前 10~12
D/A 转换
器（不包括运算放大器）的建立时间可以在 1 微秒以
内。
§9-3 A/D转换器（ADC）
A/D
A/D转换是将模拟信号转换为数字信号， 转换过程:
工 作 波 形
ADC
电路实现
9.3.5 A/D转换器的主要技术指标
1.
分辨率指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力。 从理论上讲，一个n位二进制数输出的A/D转换器应能区 分输入模拟电压的2n个不同量级。 例如，A/D转换器的输出为 1221n位F二SR进制数，最大输入模 拟信号为 10V，则其分辨率为
1V 13/15 V 11/15 V 9/15 V 7/15 V 5/15 V 3/15 V 1/15 V

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：

第九章：数模和模数转换器一、单选题1想选一个中等速度，价格低廉的A/D转换器，下面符合条件的是（）。

A逐次逼近型B双积分型C并联比较型D不能确定2:下面抑制电网公频干扰能力强的A/D转换器是（）A逐次逼近型B双积分型C并联比较型D不能确定3:不适合对高频信- 号进行A/D转换的是（）。

A并联比较型B逐次逼近型C双积分型D不能确定4:四位DAC和八位DAC的输出最小电压一样大，那么他们的最大输出电压（）。

A 一样大B 前者大于后者C 后者大于前者D 不确定5:四位权电阻DAC和四位R-2R倒T型DAC在参数一样的条件下最大输出电压（）。

A 一样大B 前者大于后者C 后者大于前者D 不确定6:四位权电阻DAC和四位R-2R倒T型DAC在参数一样的条件下分辨率（）。

A 一样大B 前者大于后者C 后者大于前者D 不确定7:下列A/D转换器类型中，相同转换位数转换速度最高的是（）。

A并联比较型B 逐次逼近型C双积分型 D 不能确定&一个无符号8位数字量输入的DAC其分辨率为_______________ 位。

A. 1B. 3C. 4D. 89 .将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续（离散）的模拟量的过程称为。

A.采样B.量化C.保持D.编码10.以下四种转换器， __________________ 是A/ D转换器且转换速度最高。

A.并联比较型B.逐次逼近型C.双积分型D.施密特触发器二、判断题1: D/A转换器的建立时间等于数字信号由全零变全1或由全1变全0所需要的时间。

（）2: D/A转换器的转换精度等于D/A转换器的分辨率。

（）3:采用四舍五入量化误差分析时，A/D转换过程中最小量化单位与量化误差是相等的。

（）4:在A/D转换过程中量化误差是可以避免的。

（）5:由于R-2R倒T型D/A转换器自身的优点，其应用比权电阻DAC T泛。

（）6:倒T型网络D/A转换器由于支路电流不变，所以不需要建立时间。