1、第十章 数/模与模/数变换器,10.1 数/模转换器（DAC）,10.2 模/数转换器（ADC）,教 学 要 求,掌握R/2R梯形网络或倒置R/2R梯形网络D/A转换器电路结构和工作原理。 了解典型集成D/A转换器的电路结构。重点、难点： D/A转换器的电路结构和工作原理。作业：P422 10.1.2,用途：数/模与模/数变换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。,D/A变换器也称为数/模变换器，作用是将数字量转换为模拟量 A/D变换器也称为模/数变换器，作用是将模拟量转换为数字量的装置,基本概念,由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成
2、模拟量，就必须将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A变换器的基本思想。,10.1 数/模转换器（DAC）,何谓权？ 如何求和？,模拟电压,数字量,每一位数字量与模拟电压一一对应,权,结论：,求和电路,R,10.1.1 权电阻D/A变换器,uo,UR,这种变换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网络”、“运算放大器”和“基准电源”等部分组成。,电子模拟开关( S0 S3 ) 是受二进制数D0 D3 控制并由电子器件构成的开关。当 DK 1 时，则开关SK 接到位置1上，将基准电源UR经电阻Rk引起的电流接到运算放大器
3、的虚地点；当Dk0 时，开关Sk 接到位置0 ，将相应电流直接接地而不进运放。,当 D = 1 时，T2 管饱和导通，T1 管截止，则 S 与 a 点通 ；,当 D = 0 时，T1 管饱和导通，T2 管截止，则 S 被接地 。,前者相当于开关S 接到 “ 1 ” 端 ，后者则 相当于开关S 接到“ 0 ”端 。,根据求和电路的结论可得：,显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的大小成正比，从而实现了数字量 到模拟量的转换 。,该电路的问题是什么？,10.1.2 R-2R倒T形电阻网络 DAC( 以4位为例 ),uo,UR,A,B,D,由于解码网络的电路结构和参数匹配，使得上图中D、C、
4、B、A四点的电位逐位减半。,下面分析输入数字量和输出模拟电压 uo 之间的关系: 注意：开关S不管处于何种位置S端电位均为0,uo,UD = UR,Uc = UR / 2,UB = UR /4,UA = UR /8,即：,结论：每个 2R支路中的电流是逐位减半的，而且大小与开关位置无关。,I = I3 + I2 + I1 + I0,（1）分辨率分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为：（2）
5、转换精度D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。（3）输出建立时间从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时间。,DAC产生误差的主要原因： 参考电压Vref的波动，运算放大器的零点漂移，电阻 网络中电阻值的偏差等。,10.1.4 集成DAC,D/A变换器集成电路有多种型号。常见的有：DAC1132、AD7520、DAC0832等。下面以DAC0832为例来介绍集成电路D/A变换器。,它是八位的D/A变换器,即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。,下图是它的内部简化电路框图 和管脚图：,
6、一. 电路结构,DAC 0832 简化电路框图,ADC 0832 管脚分布图,教学要求,掌握A/D转换器的电路结构和工作原理。了解典型集成A/D转换器的电路结构。重点、难点： A/D转换器的电路结构和工作原理。作业：P425 10.2.2,目的： A/D变换器的目的是将模拟量转换成与之成正比的数字量。它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也比较多。,10.2 模/数转换器（ADC）,步骤： 采样，保持，量化，编码,10.2.1 A/D转换的一般过程,一. 采样与保持,按一定时间间隔采集模拟信号,“样值” 保持一段时间,1. 采样定理,采样频率大于模拟信号最高频率分量的2倍， 根据规
7、程采样频率在5倍以上。,2. 图 10.2.1 ：,(a),(b): 通过样值绘制的正弦曲线只有一条,(c) : 所采集的样值全为0 ，无法恢复,(d):可画出无数振幅不同但频率相同的正弦波,(e),(f) :通过采样值可以绘出与原正弦波频率不同的新的波形，混叠,2. 常用的几种采样-保持电路,采样开关T，存储输入信息的电容C，缓冲放大器A,(a) 基本采样-保持电路,(b) 高输入阻抗的采样-保持电路,减小采样电路对输入信号的影响 减小了电容的充电时间,常用采样保持集成电路有AD585、AD684、AD1154、SHC76等,二. 量化与编码,量化：对采样-保持得到的信号用近似的方法进行取值
8、。,量化单位：数字量最低有效位的1所代表的模拟量的大小。,10.2.2 并行比较ADC,ux,电路如左图所示。它由三部分组成: 分压器、比较器和编码器。,这种A/D 变换器的优点是转换速度快，缺点 是所需比较器数目多，位数越多矛盾越突出。,精度取决于电平的划分,10.2.3 反馈比较式ADC,一. 记数型A/D转换,由计数器，D/A转换器，比较器组成,清零,比较器输出高电平，与门打开,计数器加计数,Vo增加,VoVi时，比较器输出低电平，与门关闭，八D触发器输出。,二. 逐次逼近ADC,其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量W
9、x = 13克，可以用下表步骤来秤量：,10.2.5 ADC 的主要技术指标,一、转换时间：完成一次A/D转换所需时间， 也可定义为每秒转换的次数，即转换速度。,二、分解度：是指输出数字量最低有效位为 1所需的模拟输入电压。,三、量化误差：指量化产生的误差。有舍有 入：+ 1/2LSB,四、精度：总误差,10.2.4 双积分ADC,五. 输入模拟电压范围：指ADC允许输入电压 范围。,10.2.6 集成ADC举例,ADC0809 是分辨率为八位的模数转换组件,采用逐次逼近型工作原理。输入可有8个通道切换，输出带三态锁存缓冲器，逻辑电平与TTL、CMOS电路兼容。单电源+5V工作。,A/D变换组件也有多种型号可供选择，如：高速的，高分辨率的，高速且高精度的等等。使用者可根据任务要求进行选择。下面以 ADC0809 为例 ，介绍集成电路A/D变换器。,D7,D0,ADC0809 内部电路框图,8个模拟电压,ADC 0809 管脚分布图,
