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· PAGE 10· 电子技术 · PAGE 9· 第11章 数模与模数转换电路 11.1 概述 在应用数字电子技术的检测控制系统中，模拟量与数字量之间的相互转换应用十分广泛。在微型计算机内部，信息是以数字形式进行传送和处理的。当微型计算机用于生产过程自动控制时，温度、压力、流量、位移等非电量经过传感器产生的模拟信号必须转换为数字信号，才能被计算机或数字系统识别和处理；而处理后的数字信号也常常需要转换成模拟信号，才能直接操纵生产过程中的各种装置，完成自动控制任务。 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转换(Analog to Digital)；把实现A／D转换的电路称为A／D转换器(ADC)。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 )。 本章简要介绍D／A转换器（DAC）、A／D转换器（ADC）的基本工作原理和典型应用。 11.2 D／A转换器 11.2.1 D／A转换器电路组成及基本原理 1.D／A转换器的转换特性 D／A转换器的结构示意图如图11-1所示 图11-1 D／A转换器结构示意图 由图11-1可以看出，D／A转换电路将输入的一组二进制数转换成相应数量的模拟电压，经过运算放大器A的缓冲，转换成模拟电压输出 。 D／A转换器的转换特性，是指其输出模拟量与输入数字量之间的转换关系。图11-2给出了DAC三位二进制数X输入及输出的转换特性曲线。理想的DAC转换特性应是输出模拟量与输入数字量成正比。即：输出模拟电压或输出模拟电流。其中， 或为电压或电流转换比例系数；X为输入二进制数所代表的十进制数，若输入为n位二进制数，则 图11-2 输入X、输出的特性曲线图 图11-2中的ULSE代表输入二进制数X每增、减1时，输出模拟电压的最小变化量。 2.分辨率 DAC电路所能分辨的最小输出电压增量与最大输出电压之比称为分辨率，它是DAC的重要参数之一。分辨率为 其中ULSE为最小输出电压增量，即X最低位(X0)变化时，所引起的输出模拟电压变化值；UMAX为最大输出模拟电压；n为输入数字量的位数。 由上式可知，分辨率的大小仅决定于输入二进制数字量的位数，因此通常由DAC的位数n来表示分辨率。当输出模拟电压的最大值一定时，DAC输入二进制数字量的位数n越多，ULSE越小，即分辨率能力越高。 3.输出建立时间 从输入数字信号到输出模拟信号(电压或电流)到达稳态值所需要的时间，称为输出建立时间。由于DAC与ADC的工作原理不同，DAC的输出建立时问要比ADC的输出建立时间小得多，并且不受采样脉冲频率的制约。所以同样位数的DAC要比同样位数的ADC的转换速度快得多。 11.2 .2 D／A转换器 D／A转换器(DAC)根据工作原理基本上可以分成两大类，即：二进制权电阻网络DAC和倒T型电阻网络DAC。 1.二进制权电阻网络DAC 图11-3为一个四位权电阻网络D／A转换器的电路。 图11-3 权电阻网络型D／A转换器原理图 由图11-3可以看出，此类DAC由权电阻网络、模拟开关及求和运算放大器三部分组成。ULSE是基准电源，在权电阻网络中每个电阻的阻值与输入数字量对应的位权成比例关系。输入数字量D3、D2、D1和D0控制模拟开关S3、S2、S1、S0的工作状态。当为高电平时，接通UREF，反之为低电平，接地。这样流过每个电阻的电流总和与输入的数字量成正比。求和运算放大器总的输入电流为 若运算放大器A的反馈电阻，由于运算放大输入阻抗为∞，所以，则求和运算放大器的输出电压为 对于，n位的权电阻D／A转换器则有 由此可见，输出模拟电压正比于输入的数字信号X（Dn-1 Dn-2…D1D0）。当输入数字信号X为全0时，DAC输出为0。当输入数字信号X为1时，DAC输出=－UREF（2n－1／2n），因此输出电压的最大变化范围为0～－UREF。权电阻网络D／A转换器的优点是：电路结构简单，可适用于各种权码。缺点是：电阻阻值范围太宽，品种较多，例如输入信号为十位十进制数时，若R=10kΩ，则权电阻网络DAC中最小电阻R／2=5kΩ，最大电阻29R=5.12MΩ，要在这样广的阻值范围内，保证每个电阻都有很高的精度，是极其困难的，因此在集成D／A转换器中很少采用。 2.倒T型电阻网络DAC 图11-4是