7數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器習(xí)題解答

1、自我檢測題1.就實(shí)質(zhì)而言，D/A 轉(zhuǎn)換器類似于譯碼器,A/D 轉(zhuǎn)換器類似于編碼器。2.電壓比較器相當(dāng)于 1 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。3.A/D 轉(zhuǎn)換的過程可分為采樣、保持、量化、編碼 4 個(gè)步驟。4. 就逐次逼近型和雙積分型兩種 A/D 轉(zhuǎn)換器而言，雙積分型的抗干擾能力強(qiáng),逐次逼近型的轉(zhuǎn)換速度快。5.A/D 轉(zhuǎn)換器兩個(gè)最重要的指標(biāo)是分辨率和轉(zhuǎn)換速度。6.8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器當(dāng)輸入數(shù)字量只有最低位為 1 時(shí)，輸出電壓為，若輸入數(shù)字量只有最高位為 1 時(shí)，則輸出電壓為 V。A.B.2.56C.D.都不是7.D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)有、 轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度。%A.分辨率 B.輸入電阻 C.輸出電阻 D.

2、參考電壓8圖所示 R-2R 網(wǎng)絡(luò)型 D/A 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換公式為。9.D/A 轉(zhuǎn)換器可能存在哪幾種轉(zhuǎn)換誤差試分析誤差的特點(diǎn)及其產(chǎn)生誤差的原因。解：D/A 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差是一個(gè)綜合性的靜態(tài)性能指標(biāo)，通常以偏移誤差、增益誤差、非線性誤差等內(nèi)容來描述轉(zhuǎn)換誤差。偏移誤差是指 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出模擬量的實(shí)際起始數(shù)值與理想起始數(shù)值之差。 增益誤差是指實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線的斜率與理想特性曲線的斜率的偏差。D/A 轉(zhuǎn)換器實(shí)際的包絡(luò)線與兩端點(diǎn)間的直線比較仍可能存在誤差，這種誤差稱為非線性誤差。A.C.VREFc2VB.v=-REFDx2io324ii=0VyD.v=REFD.x2io24ii=0vO圖23i=0Dx

3、2i2410.比較權(quán)電阻型、R R-2R R網(wǎng)絡(luò)型、權(quán)電流型等 D/A 轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)，結(jié)合制造工藝、轉(zhuǎn)換的精度和轉(zhuǎn)換的速度等方面比較。解：權(quán)電阻型 D/A 轉(zhuǎn)換器的精度取決于權(quán)電阻精度和外接參考電源精度。由于其阻值范圍太寬，很難保證每個(gè)電阻均有很高精度，因此在集成 D/A 轉(zhuǎn)換器中很少采用。R R-2R R網(wǎng)絡(luò)型 D/A 轉(zhuǎn)換器電阻網(wǎng)絡(luò)中只有R R和 2R R兩種阻值的電阻，且比值為 2。雖然集成電路技術(shù)制造的電阻值精度不高，但可以較精確地控制不同電阻之間的比值，從而使R R-2R R網(wǎng)絡(luò)型 D/A 轉(zhuǎn)換器獲得較高精度。權(quán)電流型 D/A 轉(zhuǎn)換器可以消除模擬開關(guān)導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的影響。 同時(shí)可獲得較

4、高的轉(zhuǎn)換速度。11.Z-A 模/數(shù)（A/D）中包括哪些主要部分它們各起什么作用解：Z-A 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器由 1 個(gè)差分放大器、一個(gè)積分器、1 個(gè)比較器、1 個(gè) 1bit 的 DAC和數(shù)字濾波器組成。差分放大器：將輸入信號(hào)嶺減去來自 1 位 DAC 的反饋信號(hào)得到誤差信號(hào)，v v=嶺一IeIvf。積分器：積分器對(duì)誤差信號(hào)v ve進(jìn)行積分。e電壓比較器：當(dāng)積分器的輸出電壓v vOV 時(shí)，輸出v v為高電平（邏輯 1）；當(dāng)v vgggWOV 時(shí)，v v為低電平（邏輯 0）。實(shí)際上，該電壓比較器可以看成是 1 位的 ADC。g1 位的 DAC：由一模擬選擇開關(guān)構(gòu)成。當(dāng)輸入為邏輯 1 時(shí)，把輸出端v vf

5、接+REF；當(dāng)輸入為邏輯 0 時(shí)，把輸出端v vf接地。在采樣信號(hào)CPCP的作用下， D 觸發(fā)器的Q Q端送出一串行的數(shù)字序列c c。此串行的數(shù)字序列經(jīng)數(shù)字抽取濾波器濾波，從而獲得并行n n位數(shù)字量輸出。12. 從精度、工作速度和電路復(fù)雜性比較逐次逼近、并行比較、工一型 A/D 轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)。逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)思巧妙，轉(zhuǎn)換速度較快（只需要n+2 個(gè) CP 周期，n 是位數(shù)），所以在集成 A/D 芯片中用得最多。由于位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長，因此，分辨率在 14 位至 16 位，速率高于幾 Msps 的逐次逼近 ADC 非常少見。并行比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器雖然具有轉(zhuǎn)

6、換速度極高的優(yōu)點(diǎn)， 但n n位的 A/D 轉(zhuǎn)換器需要提供2n-1 個(gè)比較器。Z-A 轉(zhuǎn)換器中的模擬部分非常簡單（類似于一個(gè) 1bitADC），而數(shù)字部分要復(fù)雜得多，按照功能可劃分為數(shù)字濾波和抽取單元。 由于更接近于一個(gè)數(shù)字器件， Z-AADC 的制造成本非常低廉。習(xí)題1.n n位權(quán)電阻型 D/A 轉(zhuǎn)換器如圖所示。（1）試推導(dǎo)輸出電壓v vo與輸入數(shù)字量的關(guān)系式；（2）如n n=8，U UREF=-1OV 時(shí)，如輸入數(shù)碼為 20H，試求輸出電壓值。REFv2101023512210 位R R-2R R網(wǎng)絡(luò)型 D/A 轉(zhuǎn)換器如圖所示。解：(1)2)vO圖vO102562ni=032=1.25VX2

7、i1) 求輸出電壓的取值范圍；2)圖解：VREF210i=0X2i1)輸出電壓范圍0-21-1VREFv21010235122)VREFX5V-10V3. 已知R R-2R R網(wǎng)絡(luò)型 D/A 轉(zhuǎn)換器VREF=+5V,試分別求出 4 位 D/A 轉(zhuǎn)換器和 8 位 D/AREF轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓， 并說明這種 D/A 轉(zhuǎn)換器最大輸出電壓與位數(shù)的關(guān)系。 解： 4 位 D/A轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓：v=xl5=4.6875V168 位 D/A 轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓v=2X255=4.98V256由此可見，最大輸出電壓隨位數(shù)增加而增加，但增加幅度并不大。4. 已知 R-2R 網(wǎng)絡(luò)型 D/A 轉(zhuǎn)換器 VR

8、EF=+5V,試分別求出 4 位 D/A 轉(zhuǎn)換器和 8 位 D/AREF轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓， 并說明這種 D/A 轉(zhuǎn)換器最小輸出電壓與位數(shù)的關(guān)系。 解： 4 位 D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓v=xl=0.625V168 位 D/A 轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓v=2xl=0.0195V256位數(shù)越多，最小輸出電壓越小。5.由 555 定時(shí)器、3 位二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器、理想運(yùn)算放大器 A 構(gòu)成如圖所示電路。設(shè)計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)為000,且輸出低電平V VOL=0V，輸出高電平V VOH=V,R Rd為異步清零端，高電平有效。（1）說明虛框（1）、（2）部分各構(gòu)成什么功能電路（2）虛框（3）構(gòu)成幾進(jìn)制計(jì)器圖解：（

9、1）虛框（1）電路為多諧振蕩器，虛框（2）電路為 D/A 轉(zhuǎn)換器,2）虛框（3）為 4 進(jìn)制計(jì)數(shù)器3）利用疊加定理可得 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出表達(dá)式為vO=_VOH（8Q0+4Q1+2Q2）當(dāng)Q Q2Q Q1Q Q0=000 時(shí)當(dāng)Q Q2Q Q1Q Q0=001 時(shí)當(dāng)Q Q2Q Q1Q Q0=010 時(shí)當(dāng)Q Q2Q Q1Q Q0=011 時(shí)因此，對(duì)應(yīng)CPCP的V VO波形為:6.程控增益放大電路如圖所示，圖中D D=1 時(shí)，相應(yīng)的模擬開關(guān) S.與叫相接；iiID=0 0，S.與地相接。ii（1）試求該放大電路的電壓放大倍數(shù)A=與數(shù)字量DDDDQ之間的關(guān)系表達(dá)Vv3210vI式；（2）試求該放大電

10、路的輸入電阻RI=與數(shù)字量D3D2DID0之間的關(guān)系表達(dá)式。QQQv vO=0Vv vO=；v vO=；v vO=；tvOIiI圖10823解：vO=-v/D3X23+D2K22+D1K21+DK2。)A二 Z=-(DX23+DX22+DX21+DX20)Vv3210IR=1iD3X23+D2X22+D1X21+D0X207.對(duì)于一個(gè) 8 位D/A轉(zhuǎn)換器：（1）若最小輸出電壓增量VLSB為，試問當(dāng)輸入代碼為 01001101 時(shí)，輸出電壓VO為多少伏（2）假設(shè)D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差為 1/2LSB，若某一系統(tǒng)中要求D/A轉(zhuǎn)換器的精度小于%，試問這一D/A轉(zhuǎn)換器能否應(yīng)用解： （1）當(dāng) 8 位D/

11、A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓增量為時(shí)，輸入代碼為 01001101 所對(duì)應(yīng)的輸出電壓：v vO=（26+23+22+20）=。（2）8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器的分辨率百分?jǐn)?shù)為：（3）由于 D/A 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差為 1/2LSB，若要求 D/A 轉(zhuǎn)換器的精度小于（精度是轉(zhuǎn)換誤差與最大輸出電壓之比），則其分辨率應(yīng)小于，因此這一 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器滿足要求。8.A/D轉(zhuǎn)換器中取量化單位為A,把010V 的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為3 位二進(jìn)制代碼，若最大量化誤差為 A，要求列表表示模擬電平與二進(jìn)制代碼的關(guān)系，并指出 A的值。模擬電平二進(jìn)制代碼000001010011100101110111X23+D2X22+DiX21+DoX2011281X100%=0.3922%解：=VLSB1082310=1.25V模擬電平（V）二進(jìn)制代碼0Vv v岸【000VI2.50012.5VI3.75010VI5.0011VI6.25100v v岸 7.5!1017.5VI5110VI+1=2X10