第13章 数模模数转换.doc

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1、第13章数模和模数转换技术随着集成技术和数字电子技术的发展，用数字系统处理模拟信号的数字处理技术已有了广泛的应用。在数字处理技术中不仅需要将模拟信号转换数字信号，而且需要将处理过的数字信号再转换为模拟信号。本章将讲授数模和模数转换的基本原理、常见的典型电路及D/A、A/D转换器的主要参数。13.1数模转换技术数字（Digital）信号转换成模拟（Analog）信号，简称为D/A转换。在很多系统中，D/A转换是不能缺少的重要组成部分，本节将介绍三种常用的D/A转换器。13.1.1权电阻数模转换权电

2、阻转换器如图13-1所示。图13-1位权电阻数模转换因为运算放大器同相端接地，所以反相端为虚地，电位为0，从而有：由于运放输入阻抗很大，Ii=0，从而有：而运放的输出电压为：例13-1现有图13-2(a)的电压波形施加在图13-2(b)所示权电阻D/A转换器的输入端，试求该电路的输出电压。解：由于输入端为数字信号1时，相当于所5V的脉冲电压，所以在各个输入为1时各个权重的电流为：图13-2例1的波形和D/A转换器图由此可以得到对应各个权重电流的电压为：Vo(D0)=－Rf·I0=10·0.025

3、=－0.25VVo(D1)=－Rf·I1=10·0.05=－0.5VVo(D2)=－Rf·I2=10·0.1=－1VVo(D3)=－Rf·I0=10·0.2=－2V图13-3例13-1D/A转换的输出电压当所加输入二进制码为0000时，输出电压为0V；当输入二进制码为0001时，输出电压为－0.25V；当输入二进制码为0010时，输出电压为－0.5V；当输入电压为0011时，输出电压为－0.25V+（－0.5V）=－0.75V，每一个增加的二进制码就相当于给输出电压增加－0.25V。由此得到图1

4、3-3所示的输出电压波形，其波形是一个从0到－3.75V、具有阶梯为－0.25V的梯形波。权电阻D/A转换器的缺点是电阻的阻值太多，如果是8位转换器需要8个电阻，阻值范围从R到128R，要保证这么大范围的阻值精度范围都小于0.5%是很难的，特别是在大规模生产中。13.1.2R/2R倒T型电阻网络D/A转换器图13-4R/2R倒T型电阻D/A转换器图13-4是R/2R倒T型电阻D/A转换器。由于该转换器中的电阻值不是R就是2R，所以克服了权电阻转换器中电阻值多的缺点。该转换器输入数字量与输出模拟量

5、之间的关系，可以用在该转换器的输入端输入数字量1000、0100、0010和0001，然后计算出对应各个数字量的模拟量的方法获得。（1）数字量为1000的情况数字量为1000，也就是除D3=1外，D2、D1、D0都是0，这种情况如图13-5所示。图13-5D3=1、D2、D1、D0都是0的情况由于D2=D1=D0=0，根据电阻串并连的规律，有REQ=2R。由于运放的反相端是虚地，所以实际上没有电流流过REQ。由此有电流I：由此可以得到对应数字量1000的模拟量输出电压是：（2）数字量为0100的

6、情况如果数字量为0100，就是说D3=0、D2=1、D1=0、D0=0，这种情况如图13-6所示。图13-6D3=0、D2=1、D1=0、D0=0的情况这种情况下流过电阻Rf的电流I为则输出的模拟量为（3）数字量为0010的情况如果数字量为0010，就是说D3=0、D2=0、D1=1、D0=0，这种情况如图13-7所示。图13-7D3=0、D2=0、D1=1、D0=0的情况这种情况下流过电阻Rf的电流I为则输出的模拟量为（4）数字量为0001的情况如果数字量为0001，就是说D3=0、D2=0、

7、D1=0、D0=1，这种情况如图13-8所示。图13-8D3=0、D2=0、D1=0、D0=1的情况这种情况下流过电阻Rf的电流I为则输出的模拟量为若是数字量不是上述4种情况，则肯定是上述4种情况的叠加，这时输出模拟量也是上述4种输出模拟量的叠加。例如，若数字量是1101，则输出的模拟量是13.1.3R/2RT型电阻网络D/A转换器图13-9是R/2RT型电阻网络D/A转换器。图中，运放输入端V－的电位总是接近于0V（虚地），所以无论数字量D3、D2、D1、D0控制的开关是连接虚地还是真地，流过

8、各个支路的电流都保持不变。为计算流过各个支路的电流，可以把电阻网络等效成图13-10的形式。可以看出，从A、B、C和D点向左看的等效电阻都是R，因此从参考电源流向电阻网络的电流为I=VR/R，而每个支路电流依次为I/2，I/4，I/8，I/16。各个支路电流在数字量D3、D2、D1和D0的控制下流向运放的反相端或地，若是数字量为1，则流入运放的反相端，若数字量为0，则流入地。例如，若D3=1，则有电流I/2流入运放的反相端；若D2=1，则有I/4的电流流入运放的反相端；若D1=1，则有I/8的电