第十一章模/数转换器与数/模转换器 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。 本章将简单介绍D/A转换器和AD转换器的几种主要 形式
第十一章 模 / 数转换器与数 / 模转换器 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。 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
第一节数/模转换器( Digital/ Analog converter) D/A转换器的作用是将数字量转换为相应的模拟量。 例如:对于0~5V的直流电压,计算机用8位数字量来描 述时:最小值(000000=0对应0V 最大值(l1g=255对应5V, 中间值(01111=127对应2.5V等等 D/A的任务是接收到一个数字量后,给出一个相应的 电压。比如收到(0011g,应给出幅度为125V的 电压 D/A转换电路 要实现DA转换,有很多种电路形式,下面我们介绍 几种
第一节 数 / 模转换器（ Digital / Analog Converter） D/A转换器的作用是将数字量转换为相应的模拟量。 例如：对于0 ~ 5V的直流电压，计算机用8位数字量来描 述时：最小值（00000000）B = 0对应0V， 最大值（11111111）B = 255 对应 5V， 中间值（01111111）B = 127 对应2. 5V 等等。 D/A的任务是接收到一个数字量后，给出一个相应的 电压。比如收到（00111111）B ，应给出幅度为1.25V 的 电压。 一、D/A转换电路 要实现D/A转换，有很多种电路形式，下面我们介绍 几种
1、权电阻D/A转换器 自然二进制数字每位的权重是不同的(2n),对整个 数值大小的影响也是不同的。权电阻D/A将这种权重的不 同,对应成电阻阻值的不同,从而实现数/模转换。 S Ro=2-R R :B1=2m2R D 数字寄存器 R=2n-3R A n-IRn-1=2"R D 电阻种类多,比例严格 n-1 V REF 图10-2-3权电阻DA转换器
1、权电阻D/A转换器 自然二进制数字每位的权重是不同的（2 n），对整个 数值大小的影响也是不同的。权电阻D/A 将这种权重的不 同，对应成电阻阻值的不同，从而实现数 / 模转换。 电阻种类多，比例严格
2、R-2RT型DA转换器(电阻较多,延迟、尖峰) 前一种方法电阻种类太多,数值还要准确,现在我 们介绍的DA只需要两种阻值的电阻,制作起来会容易些。 (0)(1)(-3) 花 Re B 2R 2R 2R···|pn A S S-1 从任一节点向 左或向右看去,电阳值均为2R 两者井联后为R。如果开关接 VREF,则在该节点的分压为 1/3倍WREF。由于各节点电压 1D-:wADn-:+2-3点越远,对轴出产生的影 响越小分析某一节点时, 图10-2-4B-2BT形电阻解码网络D/A转换电路 假设其它节点的 开关接地
2、R-2R T型 D/A转换器（电阻较多，延迟、尖峰） 前一种方法电阻种类太多，数值还要准确，现在我 们介绍的D/A只需要两种阻值的电阻，制作起来会容易些
3、R2R倒T型电阻网络D/A 这是一种常用的D/A电路,其特点是各支路电流直接 流入运放,无延迟,且无论数值如何变化,总电流不变。 没有尖峰电流。开关接左接右都是接地,支路电流不变 R D n-3 n-2 pr per dar [R rpea R B VREP/16 VREF /4 VREF /2 一va
3、R-2R 倒 T型电阻网络D/A 这是一种常用的D/A电路，其特点是各支路电流直接 流入运放，无延迟，且无论数值如何变化，总电流不变。 没有尖峰电流。开关接左接右都是接地，支路电流不变
D/A转换器的主要技术指标 转换精度和转换速度是D/A的两个主要指标。 1、D/A转换器的转换精度 关于精度有两个概念: 分辨率:指转换器理论上可以达到的精度。 通常用所用二进制的位数表示,如 8位、10位、12位等。 也可以用最小非零值与最大值之比表示: 如10位D/A的分辨率为 1/(210.-1)=0.001即约千分之
二、D/A转换器的主要技术指标 转换精度和转换速度是D/A的两个主要指标。 1、D/A转换器的转换精度 关于精度有两个概念： 分辨率：指转换器理论上可以达到的精度。 通常用所用二进制的位数表示，如： 8位、10位、12位等。 也可以用最小非零值与最大值之比表示： 如10位D/A的分辨率为： 1 / （ 2 10 -1）= 0.001 即约千分之一
转换误差:D/A转换器实际能够达到的转换精度。 由于参考电压v的波动、运放的零点漂移、线路 上的导通电阻和导通压降、电阻网络的阻值误差,实际 的精度要低于分辨率。 转换误差常以最低有效位对应电压值(LSB)作参 考,表示为±12LSB、1LSB,其中1ISB表示误差大 小与000.000对应的输出值相等。1/2LSB则为其值的 半 转换误差也可以用它相当于满度输出值的百分比来 表示 转换误差误差值 100% 满度输出值 误差值=输入满刻度数字量时的输出一理论满度值
转换误差：D/A转换器实际能够达到的转换精度。 由于参考电压VREF的波动、运放的零点漂移、线路 上的导通电阻和导通压降、电阻网络的阻值误差，实际 的精度要低于分辨率。 • 转换误差常以最低有效位对应电压值（LSB）作参 考，表示为 1/2LSB、1LSB ，其中 1LSB 表示误差大 小与000.....0001对应的输出值相等。1/2LSB则为其值的 一半。 • 转换误差也可以用它相当于满度输出值的百分比来 表示。 误差值 转换误差= ————————* 100% 满度输出值 误差值=输入满刻度数字量时的输出 — 理论满度值
2、D/A转换器的转换速度 手册中通常给出建立时间t这一指标,它表示在最恶 劣情况下(输入从全0变为全1,或从全1变为全0),输 出达到某一接近程度(如0.2%)所需要的时间。 通常建立时间在100ns~几十μs之间,有的厂家给出 的高速DA指标可达1ns一下,一般100ns就算转换速度比 较快了
2、D/A转换器的转换速度 手册中通常给出建立时间ts这一指标，它表示在最恶 劣情况下（输入从全0变为全1，或从全1变为全0），输 出达到某一接近程度（如0.2%）所需要的时间。 通常建立时间在100 ns ~几十s之间，有的厂家给出 的高速D/A指标可达1 ns一下，一般100ns就算转换速度比 较快了
第二节模/数转换器(AD) A/D的作用是将模拟信号转换为相应的数值,在这个 过程中,肯定会有损失 有失真,因为在这一过)被报开 f 程中,要经历对时间的 离散化—采样、对幅x∞ 是 度的离散化—量化。 为了保证采样时输入电 压的稳定,有时要用采hmm 样保持器(简称采保) 最后对量化的结果(最 小单位的倍数)进行编 码—输出数据。 图1-3-1模拟信号采样
第二节 模 / 数转换器（A/D） A/D的作用是将模拟信号转换为相应的数值，在这个 过程中，肯定会有损失、 有失真，因为在这一过 程中，要经历对时间的 离散化——采样、对幅 度的离散化——量化。 为了保证采样时输入电 压的稳定，有时要用采 样保持器（简称采保）。 最后对量化的结果（最 小单位的倍数）进行编 码——输出数据
A/D转换器电路 A/D转换器从转换方式上,可分为两大类: 间接法先将模拟输入信号转换成时间T或频率F, 然后再将中间量T或F转换为数字量。 特点:转换速度慢,精度可以做得较高,抗干扰能 力强。例如数字万用表中的AD芯片就是双积分型的。 直接法—用输入电压与芯片内部的标准电压比较, 找到与之最接近的标准电压,将标准电压对应的数字量 赋予该输入信号。(显然该标准电压是受一个数字量控 制的,由片内D/A产生,书中称2n个量化级电压。) 特点:转换速度快,精度、抗干扰能力不如间接法
一、A/D转换器电路 A/D转换器从转换方式上，可分为两大类： • 间接法 —— 先将模拟输入信号转换成时间T或频率F， 然后再将中间量T或F转换为数字量。 特点：转换速度慢，精度可以做得较高，抗干扰能 力强。例如数字万用表中的A/D芯片就是双积分型的。 • 直接法 ——用输入电压与芯片内部的标准电压比较， 找到与之最接近的标准电压，将标准电压对应的数字量 赋予该输入信号。（显然该标准电压是受一个数字量控 制的，由片内D/A产生，书中称2 n个量化级电压。） 特点：转换速度快，精度、抗干扰能力不如间接法