數(shù)模轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換

12.1概述12.2D/A轉(zhuǎn)換器12數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換12.3A/D轉(zhuǎn)換器2)正確理解D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù):轉(zhuǎn)換精度,分辨率等1)了解并行比較、逐次比較、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)的工作原理及其特點(diǎn)。教學(xué)基本要求作業(yè)：12.112.14電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)A/D

轉(zhuǎn)換器

D/A

轉(zhuǎn)換器

模擬

控制器

工業(yè)生產(chǎn)過程控制對(duì)象

模

擬

傳感器

ADC和DAC已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。將溫度、壓力、流量、應(yīng)力等物理量轉(zhuǎn)換為模擬電量。計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理（如計(jì)算、濾波）、保存等用模擬量作為控制信號(hào)數(shù)字控制

計(jì)算機(jī)12.1概述12數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與之成正比模擬量。n位數(shù)字量DAC模擬量1）數(shù)

/

模轉(zhuǎn)換器A

=KDO=–KNB

12.1概述電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)

數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合而成的，對(duì)于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的權(quán)值，如能將每一位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后，將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的模擬量，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字量--模擬量的轉(zhuǎn)換。①

實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的基本思想ND＝b4×24＋b3×23＋b2×22＋b1×21＋b0×20

＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20將二進(jìn)制數(shù)ND＝(11001)B轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。12.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本工作原理12.2D/A轉(zhuǎn)換器電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)②D/A轉(zhuǎn)換器的組成DAC的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以并行輸入也可串行輸入

存放在寄存器中的數(shù)字量的各位數(shù)碼由輸入數(shù)字量控制產(chǎn)生權(quán)電流

將權(quán)電流相加產(chǎn)生與輸入成正比的模擬電壓12.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本工作原理電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)③

實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的原理電路

，，,

12.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本工作原理電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)④D/A轉(zhuǎn)換器的分類:按解碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC權(quán)電流DAC

權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC按模擬電子開關(guān)電路分類CMOS開關(guān)型DAC雙極型開關(guān)型DAC電流開關(guān)型DACECL電流開關(guān)型DACD/A轉(zhuǎn)

換

器12.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要電路形式電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)Di=0,Si則將電阻2R接地Di=1,Si接運(yùn)算放大器反相端，電流Ii流入求和電路

電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)求和運(yùn)算放大器輸出模擬電壓輸入4位二進(jìn)制數(shù)根據(jù)運(yùn)放線性運(yùn)用時(shí)虛地的概念可知，無論模擬開關(guān)Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻將接“地”或虛地。2）倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓12.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要電路形式電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)D/A轉(zhuǎn)換器的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)電源VREF提供的總電流為：I=？流過各開關(guān)支路的電流：I3=？I2=？I1=？I0=？I/4I/8I/16RRRRI/2I/4I/8I/16I/2I3I2I1I0流入每個(gè)2R電阻的電流從高位到低位按2的整數(shù)倍遞減。I3=VREF/2RI2=VREF/4RI1=VREF/8RI0=VREF/16R12.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要電路形式電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)流入運(yùn)放的總電流：i＝I0+I1+I2+I3輸出模擬電壓：

12.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要電路形式電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2）4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的輸出模擬電壓n位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC有：令：則O=–KNB

在電路中輸入的每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)NB，均能得到與之成正比的模擬電壓輸出。12.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要電路形式電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)

定義為D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分隔的等級(jí)數(shù)。n位DAC最多有2n個(gè)模擬輸出電壓分隔等級(jí)。位數(shù)越多D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高。------用2n或n位表示

分辨率也可以用能分辨的最小輸出電壓(1/2n)與最大輸出電壓((2n-1)/2n)之比給出，即n位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為1）分辨率----表征DAC對(duì)輸入微小變化量的敏感程度n位DAC的分辨率可表示為------n位------2n------1/(2n-1)12.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2)轉(zhuǎn)換精度（誤差）轉(zhuǎn)換精度是指對(duì)給定的數(shù)字量，D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際值與理論值之間的最大偏差。產(chǎn)生原因：由于D/A轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值存在誤差，如基準(zhǔn)電壓不夠穩(wěn)定或運(yùn)算放大器的零漂等各種因素的影響。幾種轉(zhuǎn)換誤差：有如比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差和非線性誤差等12.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)3)轉(zhuǎn)換速度電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)12.2.4集成D/A轉(zhuǎn)換器0832電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)概述ADCDn~D0輸出數(shù)字量輸入模擬電壓能將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。A/D功能12.3A/D轉(zhuǎn)換器電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)取樣時(shí)間上離散的信號(hào)保持、量化量值上也離散的信號(hào)編碼模擬信號(hào)時(shí)間上和量值上都連續(xù)數(shù)字信號(hào)時(shí)間上和量值上都離散

A/D轉(zhuǎn)換器一般要包括取樣，保持，量化及編碼4個(gè)過程。12.3.1A/D轉(zhuǎn)換器基本工作原理電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)①并聯(lián)（并行）比較型

特點(diǎn):轉(zhuǎn)換速度快,轉(zhuǎn)換時(shí)間10ns~1s,但電路復(fù)雜。②逐次逼近型

特點(diǎn):轉(zhuǎn)換速度適中,轉(zhuǎn)換時(shí)間為幾s~100s,轉(zhuǎn)換精度高，在轉(zhuǎn)換速度和硬件復(fù)雜度之間達(dá)到一個(gè)很好的平衡。③雙積分型

特點(diǎn):轉(zhuǎn)換速度慢,轉(zhuǎn)換時(shí)間幾百s~幾ms,但抗干擾能力最強(qiáng)。12.3.2A/D轉(zhuǎn)換器主要電路形式電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)①并聯(lián)(并行)比較型12.3.2A/D轉(zhuǎn)換器主要電路形式電壓比較器輸入模擬電壓精密電阻網(wǎng)絡(luò)精密參考電壓VREF/153VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/155VREF/1513VREF/15輸出數(shù)字量電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2)轉(zhuǎn)換誤差1)分辨率

說明A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。通常以輸出二進(jìn)制(或十進(jìn)制)數(shù)的位數(shù)表示。表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。12.3.3A/D轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)2)轉(zhuǎn)換時(shí)間電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3）轉(zhuǎn)換時(shí)間

指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換電路的類型有關(guān)并行比較A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最高,逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器次之,間接A/D轉(zhuǎn)