[工学]数字电子技术6课题5 AD和DA转换.ppt

课题5 数模与模数转换器 5．1 概述 5．2 D/A转换器 5．3 A/D转换器 本章小结 5.1 概述 随着数字电子技术的迅猛发展，特别是计算机在自动控制、自动检测、电子信息处理及其他许多领域的广泛应用，用数字电路来处理模拟信号的方式更加普遍。图5-1是一个实际控制现场的结构框图。 我们把从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换，或A/D（Analog to Digital）转换，把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（ADC即Analog-Digital Converter的缩写）；把从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换，或D/A（Digital to Analog）转换，把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（DAC即Digital-Analog Converter的缩写）。 本课题重点介绍A/D和D/A转换这两部分内容。 5．2 D/A转换器 5.2.1 D/A转换器的基本原理及分类 1.D/A转换器的组成 2.D/A转换的过程 D/A转换器的输入量是n位二进制数D=dn-1dn-2…d1d0。D可以按位权展开为十进制数: D= dn-1×2n-1+dn-2×2n-2+…+ d1×21+d0×20 （5-1） D/A转换器的输出量是和输入的数字量成正比的模拟量A（电压或电流）即 A=KD=K（dn-1×2n-1+dn-2×2n-2+…+ d1×21+d0×20） 式中的K为D/A转换的比例系数，K可以由转换电路的条件确定。 D/A转换的过程是：把输入的二进制数字量中为1的各位，按其不同的位权值，分别转换成对应的模拟量（如电流值），再把这些代表若干位权值的各个模拟量相加求和，即可得到与输入数字量的大小成正比的模拟量（如电压量），从而实现数字量向模拟量的转换。 3.D/A转换器的分类 D/A转换器通常根据译码网络的不同，分为多种D/A转换器，如权电阻网络、T形电阻网络D/A转换器、倒T形电阻网络D/A转换器和权电流型D/A转换器等。 5.2.2 权电阻网络D/A转换器 求和放大器是一个接成负反馈的运算放大器。根据“虚断”的结论有: ，即 uO = -RF iΣ = - RF（I3 + I2 + I1 + I0 ）（5-3） 而根据“虚地”的结论有 d3 （d3 =1时I3=VREF/R，d3 =0时I3=0） d2 d1 d0 将它们代入式（5-3）并取RF=R/2，则得到 uO = （d323 +d222 +d121+d020） 则对于n位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻为R/2时，输出电压的计算公式可以写为 uO =（dn-12n-1+dn-22n-2+…+ d121+d020）= N10 （5-5） 上式表明，输出的模拟电压正比于输入的二进制数码所对应的十进制数N10，从而实现了从数字量到模拟量的转换。 当Dn=0，时uO=0;当Dn =11…11时， uO = 。故uO 的最大变化范围是 0～ 。 3.电路的改进 这个电路的优点是结构比较简单，所用的电阻元件数很少。它的缺点是各个电阻的阻值相差较大，尤其在输入信号的位数较多时，这个问题就更加突出。 为了克服这个缺点，在输入数字量的位数较多时可以采用如图5-4所示的双级权电阻网络。在双级权电阻网络中，每一级仍然只有4个电阻，它们之间的阻值之比还是1:2:4:8。可以证明，只要取两级间的串联电阻RS =8R，即可得到 5.2.3 倒T形电阻网络D/A转换器 1.电路结构 图5-5是4位倒T形电阻网络D/A转换器，图中R、2R两种电阻构成了倒T形电阻网络，S3、S2、S1 、S0是四个电子模拟开关，A是求和放大器，VREF 是基准电压源。开关S3 、 S2、S1 、S0 的状态受输入代码d3 、d2、d1、d0的状态控制，当输入的4位二进制数的某位代码为1时，相应的开关将电阻接到运算放大器的反相输入端；当某位代码为0时，相应的开关将电阻接到运算放大器的同相输入端。 2.工作原理 图5-6为输入数字信号d3d2d1d0 =1111时的等效电路。根据运算放大器的虚地概念不难看出，从虚线AA′、BB′、CC′、DD′处向左看进去的电路等效电阻均为R，电源的总电流为I=VREF/R，流入运放的电流为I/2。由以上分析不难看出，每经过一级节点，支路的电流衰减一半， 根据输入数字量的数值，流入运放虚地的总电流为 因此输出电压可表示为