屾痛嘯林橚"M。数模和模数转换 第8章数模和模数转换器 ⊙概述 ⊙D/A转换器 ⊙△D转换器 本章小结 EXIT
EXIT 数模和模数转换器 概 述 第 8 章 数模和模数转换器 本章小结 A/D 转换器 D/A 转换器
屾痛嘯林橚"M。数模和模数转换 8.1概述 主要要求: 口理解数模和模数转换器的概念和作用 EXIT
EXIT 数模和模数转换器 8.1 概 述 主要要求： 理解数模和模数转换器的概念和作用
屾痛嘯林橚"M。数模和模数转换 数模和模数转换的概念和作用 数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电 流),使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。 实现数模转换的电路称数模转换器 Digital- Analog converter,简称D/A转换器或DAC 模数转换即将模拟电量转换为数字量,使输出 的数字量与输入的模拟电量成正比 实现模数转换的电路称模数转换器 Analog- Digital Converter,简称A/D转换器或ADC。 EXIT
EXIT 数模和模数转换器 一、数模和模数转换的概念和作用 数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电 流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。 实现数模转换的电路称数模转换器 Digital - Analog Converter，简称 D/A 转换器或 DAC。 模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出 的数字量与输入的模拟电量成正比。 实现模数转换的电路称模数转换器 Analog - Digital Converter，简称A/D 转换器或ADC
屾痛嘯林橚"M。数模和模数转换 为何要进行数模和模数转换? 数字计算机 数字量 存储 数字量 分析 AD 控制/A 模拟量 模拟量 模拟系统 器][被控对家 「自界物量 EXIT
EXIT 数模和模数转换器 模拟量 数字量 模拟量 数字量 传感器 被控对象 自然界物理量 为何要进行数模和模数转换？
屾痛嘯林橚"M。数模和模数转换 、数模和模数转换器应用举例 压力传感器一四 数 路 字DAC模拟控制器 温度传感器模 演流量传感器凵拟ADCH制DAC模拟控制器 控 开 计门DAC模拟控制器 算 液位传感器关(数字机包DAC模拟控制器 物理 信号 拟伟韦 生产控制对象 KDEXIT
EXIT 数模和模数转换器 二、数模和模数转换器应用举例 数字 物理量 信号 模拟信号 压力传感器 温度传感器 流量传感器 四 路 模 拟 开 关 数 字 控 制 计 算 机 DAC 模拟控制器 液位传感器 模拟控制器 DAC DAC … … … … 模拟控制器 模拟控制器 生 产 控 制 对 象 DAC ADC 二、数模和模数转换器应用举例
屾痛嘯林橚"M。数模和模数转换 8.2D/A转换器 主要要求: 口了解数模转换的基本原理 安口了解R-2R倒T形电阻网络D/A转换器的 电路与工作原理。 口了解常用D/A转换器的类型和主要参数。 EXIT
EXIT 数模和模数转换器 主要要求： 了解数模转换的基本原理。 了解常用 D/A 转换器的类型和主要参数。 了解 R - 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器的 电路与工作原理。 8.2 D/A 转换器
屾痛嘯林橚"M。数模和模数转换 、数模转换的基本原理 n-1 位二 进制数 DAC 输入/D1 模拟电压输出 输入数字量D=(Dn1Dn2…D1D0)2 Dn12n-1+D,,2n-2+…+D121+Dn20 输出模拟电压 uo=D△=(Dn-121Dn22n2+…+D121+D020)△ △是DAC能输出的最小电压值,称为DAC的单 位量化电压,它等于D最低位(LSB)为1、其余各位均 为0时的模拟输出电压(用U1sB表示)。 LSB- Least Significant Bit KDEXIT
EXIT 数模和模数转换器 一、数模转换的基本原理 输出模拟电压 uO = D△ = (Dn-1 2 n-1 + Dn-2 2 n-2 + + D1 2 1 + D0 2 0 )△ 可见，uO ∝ D，uO 的大小反映了数字量D的大小。 DAC D0 D1 Dn-2 Dn-1 … uO n 位二 进制数 输入 模拟电压输出 一、数模转换的基本原理 LSB — Least Significant Bit 输入数字量 D = (Dn-1 Dn-2 D1 D0 ) 2 = Dn-1 2 n-1 + Dn-2 2 n-2 + + D1 2 1 + D0 2 0 △ 是 DAC 能输出的最小电压值，称为DAC 的单 位量化电压，它等于D 最低位(LSB)为1、其余各位均 为 0 时的模拟输出电压(用ULSB 表示)
屾痛嘯林橚"M。数模和模数转换 二、R-2R倒T形电阻网络DAC (一)电路组成与转换原理 R F 3 300人0 2RD 2R DtL 2R LtL 2R DtL2RDtL R R R REF 模拟开关S;打向“1”侧时,相应2R支路接虚 地;打向“0”侧时,相应2R支路接地。故无论开 三关打向哪一侧,倒T型电阻网络均可等效为下图: EXIT
EXIT 数模和模数转换器 S0 + + - △ ∞ uO S1 S2 S3 D0 D1 D2 D3 iΣ RF I I 3 I2 I1 I0 VREF 2R 2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 0 1 0 1 0 1 0 1 R R R (一) 电路组成与转换原理 二、R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC 由倒 T 型电阻网络、模拟开关和一个电流 电压转换电路(简称I/U 转换电路)组成。 模拟开关 Si 打向“1”侧时，相应 2R 支路接虚 地；打向“0”侧时，相应 2R 支路接地。故无论开 关打向哪一侧，倒 T 型电阻网络均可等效为下图：
屾痛嘯林橚"M。数模和模数转换 B2R 2R4t1o2RDt12RDtI22ROt13 R R REF lo A B 从A、B、C节点向左看去,各节点对地的等效电阻均为2R 演因此,I="BF 23(4),l2 2 28 21(74) 216 即=230,I2=220,I1=2l0,I=2lo REF 2 R 可见,支路电流值l正好代表了二进制数位D;的权值2。 <心EXT
EXIT 数模和模数转换器 I I 3 I2 I1 I0 VREF 2R 2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 R R R A B C 从 A、B、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R。 因此，I = VREF R I3 = I 2 = 23 ( )， I 2 4 I2 = I3 2 = 2 2 ( )， I 2 = 4 I 4 I1 = I2 2 = 2 1 ( )， I 2 = 4 I 8 I0 = I1 2 = 2 0 ( ) I 2 = 4 I 16 可见，支路电流值Ii 正好代表了二进制数位Di 的权值 2 i 。 即 I3 = 23 I0， I2 = 22 I0， I1 = 21 I0， I0 = 20 I0 R I V = = 4 REF 4 2 2
屾痛嘯林橚"M。数模和模数转换 模拟开关S1受相应数字位D1控制。当D1=1时,开 关合向“1”侧,相应支路电流I输出;D1=0时,开关 合向“0”侧,流入地而不能输出 i=D313+D212+D11+D0l0 =(D323+D22+D121+D2)1=Dl0 D REF F 24.R 对n位DAC,O=-D REF F 2.R 若取R=R,则uo=-D·n1 n位DAC将参考电压VREF分成2"份,o是 每份的D倍。调节VEF可调节DAC的输出电压 EXIT
EXIT 数模和模数转换器 模拟开关Si 受相应数字位Di 控制。当 Di = 1 时，开 关合向“1”侧，相应支路电流 Ii 输出；Di = 0 时，开关 合向“0”侧，Ii 流入地而不能输出。 S0 + + - △ ∞ uO S1 S2 S3 D0 D1 D2 D3 iΣ RF I I 3 I2 I1 I0 VREF 2R 2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 0 1 0 1 0 1 0 1 R R R u0 = - iΣ RF = - D I0 RF = - D· R V R 4 REF F 2 iΣ = D3 I3 + D2 I2 + D1 I1 + D0 I0 = ( D3 2 3 + D2 2 2 + D1 2 1 + D0 2 0 )I0 = D I0 对 n位 DAC，uO= - D · R V R n 2 REF F 若取 RF = R， 则 uO= - D · n V 2 REF n 位 DAC 将参考电压VREF 分成 2 n 份，uO 是 每份的 D 倍。调节VREF 可调节 DAC 的输出电压。 uO= - D · R V R 4 REF F 2