第十章模数和数模转换 第一节DA转换器 第二节AD转换器
第十章 模数和数模转换 第一节 D/A转换器 第二节 A/D 转换器
概述 计算机系统是一个数字系统、离散系统,而我们生 活的外部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够 了解外部世界,对外部事物进行处理,就必须有一个 将模拟量转换为数字量,将数字量转换为模拟量的接 ,这就是常说的AD和D/A 虽然模拟量是无限可分的、连续的,数字量是离散 的,数字量永远也不能精确地描述模拟量,但由于我 们对客观世界的了解、描述并不总需要极高的精度, 所以选择适当精度的数字量来描述模拟量是完全够用 的。 ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁,也 可称之为两者之间的接口
概述 计算机系统是一个数字系统、离散系统，而我们生 活的外部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够 了解外部世界，对外部事物进行处理，就必须有一个 将模拟量转换为数字量，将数字量转换为模拟量的接 口，这就是常说的 A/D和 D/A。 虽然模拟量是无限可分的、连续的，数字量是离散 的，数字量永远也不能精确地描述模拟量，但由于我 们对客观世界的了解、描述并不总需要极高的精度， 所以选择适当精度的数字量来描述模拟量是完全够用 的。 ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也 可称之为两者之间的接口
能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器,简 称AD转换器或ADC; 能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器简 称D/A转换器或DAC。 本章将简单介绍DA转换器和A/D转换器的几种主要形式。 劻率放大→>执行机构工加热炉 DAC 多路开 数字控制计算机 关功率放大 执行机构}加热炉 多路 信号放大温度传感器 ADC 开 关信号放大<温度传感器
能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简 称A/D转换器或ADC； 能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简 称D/A转换器或DAC。 多 路 开 关 数 字 控 制 计 算 机 DAC ADC 功率放大 … 功率放大 执行机构 … 执行机构 加热炉 … 加热炉 温度传感器 … 温度传感器 信号放大 … 信号放大 多 路 开 关 本章将简单介绍D/A转换器和A/D转换器的几种主要形式
§1D/A转换器DAC) D/A转换器的基本原理和转换特性 基将输入的每二位二进制代码按其权的大小转 本换成相应的模拟量,然后将代表各位的模拟 原量相加,所得的总模拟量就与数字量成正比, 理这样便实现了从数字量到模拟量的转换。 或 输入 D/A 输出 K,( d.,2n-1+a n-2 n-1 n-2 2 +…+d1·21+dn·2)
§1 D/A转换器(DAC) 一、D/A转换器的基本原理和转换特性 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比， 这样便实现了从数字量到模拟量的转换。 基 本 原 理 uo 或 i o 输出 D/A d0 d1 dn－1 输入 … ( 2 2 2 2 ) 0 0 1 1 2 2 1 o 1 = + + + + − − − u K d − d d d n n n u n
转换特性 76543210 000001010011100101110111 转换特性:指输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。 图示是输入为3位二进制数时的D/A转换特性 理想的D八A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U=KXD;电压转换比例系数 输出模拟电流石=KxD。;k电流转换比例系数 D输入二进制数所代表的十进制数 如果输入为m位二进制数an1dn2…④6d,则输出模拟电压为 K,(an1·2n1+an22"2+…+d1:2+do·2°)
7 6 5 4 3 2 1 0 000 001 010 011 100 101 110 111 uo (V) D 转 换 特 性 图示是输入为3位二进制数时的D/A转换特性。 理想的D/A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 uo=Ku×D ;Ku电压转换比例系数. 输出模拟电流io=Ki×D。;Ki电流转换比例系数， D:输入二进制数所代表的十进制数。 如果输入为n位二进制数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为： ( 2 2 2 2 ) 0 0 1 1 2 2 1 o 1 = + + + + − − − u K d − d d d n n n u n 转换特性:指输出模拟量和输入数字量之间的转换关系
给定数字量的DA转换过程: ()按权展开,求相应位的模拟量; (2)相加求和,求总的模拟量 存在多种 DAC的一般构成: 网络形式。 ()电阻网络:实现按权展开 由晶体管或MoS (2)电子开关:给定数字量; 管组成。 (3)求和电路:完成模拟量相加。 由运放组成
给定数字量的D/A转换过程： ⑴按权展开，求相应位的模拟量； ⑵相加求和，求总的模拟量； ⑴电阻网络：实现按权展开； ⑵电子开关: 给定数字量； ⑶求和电路: 完成模拟量相加。 DAC的一般构成： 存在多种 网络形式。 由晶体管或MOS 管组成。 由运放组成
O二、二进制权电阻网络DAC 1.电路 REF REF R 2R 4R 8R 参考电压 do 求和 电路 电子开关:d=1→接“-”;d=0→接“+” 不论d接哪端(虛地或实地),各支路电流不变。 REF REF REF REF 8R 4R 2 2R R
R 2R 4R 8R RF I 1 I I 3 I 2 0 I REF i F i S3 S2 S1 S0 d3 d2 d1 d0 +VREF uo － + R V I R V I R V I R V I REF REF REF REF 0 = 1 = 2 = 3 = 8 4 2 二、二进制权电阻网络DAC 参 考 电 压 电子开关：d＝1→接“-”;d=0 →接“+” 不论d接哪端（虚地或实地），各支路电流不变。 求和 电路 ⒈电路
设R:=R/2 REF R 2R 4R 8R do 2转换原理 i=10do+11+l2d2+l3d3 V REF rEF d +reFd +!REEd 8R 4R 2R R REF 3输出 2(d323+d222+d12+a.2 R R FLF i=-REF(d323+d222+d1:2+do:2)= REF N B 2
R 2R 4R 8R RF I 1 I I 3 I 2 0 I REF i F i S3 S2 S1 S0 d3 d2 d1 d0 +VREF uo － + ( 2 2 2 2 ) 2 8 4 2 0 0 1 1 2 2 3 3 3 0 1 2 3 0 0 1 1 2 2 3 3 = + + + = + + + = + + + d d d d R V d R V d R V d R V d R V i I d I d I d I d REF REF REF REF REF B REF REF F F N V d d d d V i R u R i 4 0 0 1 1 2 2 3 3 4 2 ( 2 2 2 2 ) 2 2 o = − = − = − + + + = − 设RF=R/2 ⒉ 转换原理 ⒊输出
O三、T型电阻网络DAC 1.电路 R 2R AR BR C R D 2R 2R 2R 2R 2R +VR d 2 电子开关:d=1→接“Vg”;d=0→接 地
R R R 2R 2R 2R 2R 2R RF I∑ S0 S1 S2 S3 d0 d1 d2 d3 +VR uo － + A B C D P 2R 三、T型电阻网络DAC ⒈电路 电子开关：d＝1→接“VR ”;d=0 →接 “地
2R AR BR CR D 2R 2.转换原理 P 2R 2R 2R 2R ①VR通过S0到D点 的电压值 sN炒 123 等效电路: 2R A R R 2R 2R+r R + R R r+r 223 R B 2R 同理:vc R 243 +VA 2R R
2R R 2R +VA B 2R 2R 2R +VR A ⒉ 转换原理 R R R 2R 2R 2R 2R 2R RF I∑ S0 S1 S2 S3 d0 d1 d2 d3 +VR uo － + A B C D P 2R ① VR通过S0到D点 的电压值 等效电路： 2 3 R A R V V R R R V = + = S0接VR S1 S2 S3接地 2 3 1 2 A R B A V V V R R R V = = + = 4 3 1 2 B R C V V V = = 8 3 1 2 C R D V V V = = 同理：