第8章数模和模数转换器
第8章 数模和模数转换器
第八章数模和模数转换 本章的重点： 1.D1A转换器的基本工作原理（包括双极性输出），输入与输出 关系的定量计算； 2.AD转换器的主要类型（并联比较型、逐次渐近型、双积分型）， 它们的基本工作原理和综合性能的比较； 3.D/A,AD转换器的转换速度与转换精度及影响它们的主要因素。 由于目前使用的DA、AD期间都是LSI电路，所以讲授的重点是在 转换原理及器件应用方法上，而不在于器件内部详细的结构及工作过程。 本章的难点： 本章的难点在一些AD转换器内部电路结构和详细工作过程上，但 这不是本章学习的重点
第八章 数模和模数转换 本章的重点： 1．D/A转换器的基本工作原理（包括双极性输出），输入与输出 关系的定量计算； 2．A/D转换器的主要类型（并联比较型、逐次渐近型、双积分型）， 它们的基本工作原理和综合性能的比较； 3．D/A，A/D转换器的转换速度与转换精度及影响它们的主要因素。 由于目前使用的D/A、A/D期间都是LSI电路，所以讲授的重点是在 转换原理及器件应用方法上，而不在于器件内部详细的结构及工作过程。 本章的难点： 本章的难点在一些A/D转换器内部电路结构和详细工作过程上，但 这不是本章学习的重点
数字系统的特点：输入、输出都是数字量。 自然界所存在的物理量大多数是模拟量，如温度、湿度、压力、 流量、速度、时间等。数字系统不能直接处理模拟量，所以要把模 拟量先转换为数字量(A/D),然后送入数字系统中去处理。数字系 统把处理的结果以数字量的形式送出，经过数模(D/A)转换电路再 将数字信号转换为模拟信号送到控制执行元件，执行元件按照控制 程序要求精确控制受控对象。 放大 A/D 微处理器 显示 工业电炉 ROM 4KX8 可控硅 D/A 键盘
数字系统的特点： 输入、输出都是数字量。 自然界所存在的物理量大多数是模拟量，如温度、湿度、压力、 流量、速度、时间等。数字系统不能直接处理模拟量，所以要把模 拟量先转换为数字量（A/D)，然后送入数字系统中去处理。数字系 统把处理的结果以数字量的形式送出，经过数模（D/A)转换电路再 将数字信号转换为模拟信号送到控制执行元件，执行元件按照控制 程序要求精确控制受控对象。 工 业 电 炉 放大 A/D 微处理器 ROM 4KX8 显示 可控硅 D/A 键盘
第一节概述 数模转换：将数字量(Digital)转换为模拟量(Analog)。 简称DA转换。 模数转换：将模拟量(Analog)转换为数字量(Digital)。 简称A/D转换。 被控对象 传感器 A/D转换器 计算机 0000 口00a 驱动电路 DIA转换器
第一节 概述 数模转换：将数字量 (Digital)转换为模拟量(Analog)。 简称D/A 转换。 模数转换：将模拟量(Analog)转换为数字量(Digital)。 简称A/D转换。 被控对象 传感器 A/D转换器 计算机 驱动电路 D/A转换器
为了保证数据处理的准确性，AWD转换器和D/A转换器必须达 到一定的转换精度。同时，为了适应快速过程的检测和控制，AWD 转换器和D/A转换器必须有足够快的转换速度。 在目前常见的DA转换器中，有权电阻网络D/A转换器，梯形电 阻网络、倒梯形电阻网络D/A转换器。AWD转换器的类型也很多，可 以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类。 直接A/D转换器：输入的模拟信号直接被转换成相应的 数字信号。 间接A/D转换器：是将输入的模拟信号先转换成某个中 间变量（如时间T、频率F等），然后再将中间变量转换为最 后的数字量。 考虑到D/A转换器的工作原理比较简单，而有些A/D转换 器需要用到D/A转换器作为内部反馈电路，所以首先讨论D/A 转换器工作原理，再介绍A/D转换器
为了保证数据处理的准确性，A/D转换器和D/A转换器必须达 到一定的转换精度。同时，为了适应快速过程的检测和控制，A/D 转换器和D/A转换器必须有足够快的转换速度。 在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换器，梯形电 阻网络、倒梯形电阻网络D/A转换器。A/D转换器的类型也很多，可 以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类。 直接A/D转换器：输入的模拟信号直接被转换成相应的 数字信号。 间接A/D转换器：是将输入的模拟信号先转换成某个中 间变量（如时间T、频率F等），然后再将中间变量转换为最 后的数字量。 考虑到D/A转换器的工作原理比较简单，而有些A/D转换 器需要用到D/A转换器作为内部反馈电路，所以首先讨论D/A 转换器工作原理，再介绍A/D转换器
主要指标：转换精度； 转换速度。 分类： 权电阻网络D/A转换器 D/A 倒T型电阻网络DA转换器 权电流型D/A转换器 转换器 权电容网络D/A转换器 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 转换器 逐次渐进型 间接转换型 双积分型(V一T变换型) V一F变换型
主要指标：转换精度；转换速度。 D/A 转 换 器 权电阻网络D/A转换器 倒T型电阻网络D/A转换器 权电容网络D/A转换器 权电流型D/A转换器 开关树型D/A转换器 A/D 转 换 器 直接转换型 并联比较型 反馈比较型 间接转换型 双积分型（V－T变换型） V—F变换型 计数型 逐次渐进型 分类：
第二节：D/A转换器 D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以 电压（或电流)的形式输出。因此，D/A转换器可以看作是一个 译码器。一般常用的线性D/A转换器，其输出的模拟电压V和数 字量D成正比关系。V=KD,K为常数。 n-l 一、 基本原理 o)=k∑D,2 位权值 Do 输入是 0≤D,≤1 n位二 D/A i=(0,1,2,3.n-1) 进制数 D k:转换比例系数 输出模拟电压（或模拟电流)！ 与输入数字量成正比关系。 假设：转换比例系数K=1,输入数字量=3 输出模拟电压（或模拟电流）为：o(io)=D22+D2+D2°
D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以 电压（或电流）的形式输出。因此，D/A转换器可以看作是一个 译码器。一般常用的线性D/A转换器，其输出的模拟电压V和数 字量D成正比关系。V=KD,K为常数。 一、基本原理 输入是 n位二 进制数 D/A i n i O O Di v (i ) k 2 1 0 − = = D0 D1 Dn-1 k:转换比例系数 输出模拟电压（或模拟电流）与输入数字量成正比关系。 假设：转换比例系数K=1,输入数字量n=3 0 0 1 1 2 2 v (i ) D 2 D 2 D 2 输出模拟电压（或模拟电流）为： O O = + + i = (0,1,2,3n −1) 0 ≦ Di ≦ 1 位权值
DA输入、输出装换特性为： Vo/V vo(o)=D22+D2+D,2 6 5 D 0 4 3 0 2 000010100110101101100→D 2 D/A转换特性 3 从转换特性表中看出： 4 大每一个二进制代码的数字信号，通过 5 位数（位权值）的计算，都可以对应一个相 6 应的十进制数。 ★相邻两个数字信号转换出来的数值 是不连续的，说明转换电路存在转换误差。 这个误差也就是D/A转换电路所能分解的最 小量，通常称为量化级
D2 D1 D0 VO/V 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 2 0 1 1 3 1 0 0 4 1 0 1 5 1 1 0 6 1 1 1 7 0 0 1 1 2 2 v (i ) D 2 D 2 D 2 O O = + + 从转换特性表中看出： ★每一个二进制代码的数字信号，通过 位数（位权值）的计算，都可以对应一个相 应的十进制数。 ★相邻两个数字信号转换出来的数值 是不连续的，说明转换电路存在转换误差。 这个误差也就是D/A转换电路所能分解的最 小量，通常称为量化级。 D/A转换特性 7 6 5 4 3 2 1 000 001 010 011 100 101 110 111 000 VO/V D
转换误差= 2×满值 (输入数字信号全1时的输出 最大模拟电压) n=3 2×7V=875mr n=4 2×7V=437mr n=10 26×7V=6.8m n=12 ×7V=1.7mV 2 输入数字信号的位数越多，输出的模拟信号越接近 连续模拟信号，转换的精度也就越高
转换误差＝ n 满值 2 1 7V 875mV 2 1 3 = n = 3 n = 4 7V 437mV 2 1 4 = n = 10 7V 6.8mV 2 1 10 = n = 12 7V 1.7mV 2 1 12 = 输入数字信号的位数越多，输出的模拟信号越接近 连续模拟信号，转换的精度也就越高。 （输入数字信号全1时的输出 最大模拟电压）
第二节 DIA转换器 一、权电阻网络D/A转换器 权电阻网络 RE(R/2) 2R22R 求和放大器 模拟开关 Most Significant (LSB) (MSB) Bit Least Significant Bit
第二节 D/A转换器 一、权电阻网络D/A转换器 权电阻网络 求和放大器 模拟开关 Least Significant Bit Most Significant Bit