14-1 模拟量和数字量的相互转换.pptVIP

* 第十四章 大规模集成电路 14-1 模拟量和数字量的相互转换 将模拟信号转换为数字信号用模数（A/D）转换器； 将数字信号转换为模拟信号用数模（D/A）转换器 一、数模转换器（DAC） 　数模转换就是将数字量每1位二进制数码分别按所在位的“权”转换成相应的模拟量，再相加求和从而得到与原数字量成正比的模拟量。 　数模转换器有多种形式，在此以下图所示T形电阻网络4位D/A转换器为例介绍。 1.电路的组成 从图中可看出，D/A转换器电路主要由三部分组成： 由基准电压源UR供电的电阻网络、由输入数字量控制的电子转换开关和连接成电流﹣电压转换器的运算放大器。 一、数模转换器（DAC） （1）电子转换开关（模拟电子开关） 1.电路的组成 一、数模转换器（DAC） 上图电路中用框以点画线的单刀双投开关S3、S2 、S1 、S0 表示，它的内部可以像下图那样由受输入数字量控制的一对MOS管和非门组成，也可以由其他的晶体管和逻辑部件组成。 （1）电子转换开关（模拟电子开关） 1.电路的组成 一、数模转换器（DAC） 当输入数字量第i位的数码Di=1时，第i位电子开关Si中，T2管因栅极输入Di（高电位）而导通，T1管因栅极输入　（低电位）而截止，电阻网络第i位2R电阻支路经Si 接运算放大器的反向输入端。 （1）电子转换开关（模拟电子开关） 1.电路的组成 一、数模转换器（DAC） 当Di=0（低电位）时，　　　（高电位），T2管截止，T1管导通，第i位2R电阻支路经Si 接地。 （1）电子转换开关（模拟电子开关） 1.电路的组成 一、数模转换器（DAC） 由于此时运放是反相输入方式，反相输入端电位V－≈0，因此不论是上述哪一种情况，电阻2R下端电位均为0，其中电流不受影响，整个电阻网络的结构不受影响。 下图中，从右看过来，对于每个T形电阻的结点，右侧支路的等效电阻均为2R，和结点下面的2R支路的电阻相等，因此它们的电流各为左侧支路流入电流的1/2。 （2）T形电阻网络 1.电路的组成 一、数模转换器（DAC） 因此从左往右，各2R支路的电阻支路的电流按1/2分流系数递减。 （2）T形电阻网络 1.电路的组成 一、数模转换器（DAC） （2）T形电阻网络 1.电路的组成 一、数模转换器（DAC） 根据上述关系，可求出流入电阻网络的总电流： 流入各2R电阻支路的电流分别为： （2）T形电阻网络 1.电路的组成 一、数模转换器（DAC） 按电流﹣电压转换器连接，因此输出电压为 输入电阻 （3）运算放大器 1.电路的组成 一、数模转换器（DAC） （对电阻网络无影响） 运放的输入电流II和输出电压为UO为 D/A转换器的输出电压（模拟量）与输入二进制数字量D3D2D1D0成正比，具有D/A转换功能。 2.输出（UO）和输入（D3D2D1D0）的关系 一、数模转换器（DAC） 上式表明 通常用分辨率和转换误差来描述。 3.数模转换器的主要技术指标 （1）转换精度 一、数模转换器（DAC） 分辨率体现于输入二进制数字量的位数，位数愈多，分辨率愈高，通常用能分辨的最小（对应00…001）输出电压与最大（对应11…111）输出电压之比表示，n位D/A转换器的分辨率可写作 转换误差为基准电压UR 的波动、运算放大器的零点漂移、电子转换开关的导通压降、电阻网络的阻值偏差等引起的误差，一般用最低位（LSB）对应的△Uo的倍数表示。 3.数模转换器的主要技术指标 （1）转换精度 一、数模转换器（DAC） 通常用输入数字量发生变化开始，到输出电压UO达到相应的稳定值所需时间来表示，数字量有大有小，一般产品给出的都是输入从全0变为全1（或从全1变为全0），差值不到最低位的一半时（±LSB/2）的所需时间。 （2）转换速度 3.数模转换器的主要技术指标 一、数模转换器（DAC） 4位T形电阻网络DAC电路的UR=5V，Rf=R, 求：输出数字量（D3D2 D1 D0）为0001、1000、0110和1111的输出UO=?分辨率为何？ 例题 解 最低位（LSB）D0=1时， 只有D1=1时， 只有D2=1时， 最高电位（MSB）D3=1时， 因此： 分辨率为 或 二、模数转换器（ADC） 模数转换器电路也有多种，在此以应用最广泛的逐次逼近型A/D转换器为例，介绍这种转换器的基本工作原理，如下图所示。 模数转换就是将模拟量转换成对应的数字量。 这种A/D转换器的重要组成部分是n位D/A转换器，采用逐位试探和反馈比较的方法进行A/D转换。 二、模数转换器（ADC） 二、模数转换器（ADC） 转换前先将同D/A转换器输入端相连的寄存器清0，转换开始后，按照时钟脉冲的节拍，首先将寄存器最高位置1，使Dn-1＝1（其余为0）。 　与此同时，D/A转换器输出