王永军全套配套课件数字逻辑与数字系统设计 第7章 模数、数模转换全.ppt

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1、第7章数/模和模/数转换本章主要内容：7.1基本概念7.2数/模转换器(DAC)7.3模/数转换器(ADC)7.4综合应用举例7.1基本概念将模拟量转换为数字量的过程称为模/数(AnalogtoDigital)转换，简称A/D转换。实现A/D转换的电路被称之为模/数转换器(AnalogtoDigitalConverter)，简称ADC。把数字量转换为模拟量的过程称作数/模(DigitaltoAnalog)转换，简称D/A转换。完成D/A转换的电路被称之为数/模转换器(AnalogtoDigitalConvert

2、er)，简称DAC。7.1基本概念D/A转换器的种类:二进制权电阻DAC、R-2R倒T型电阻网络DAC及集成DAC器件DAC0832。A/D转换器的种类:并联比较型ADC、反馈比较式ADC、双积分型ADC和集成ADC器件ADC0809。转换精度和转换速度是评价A/D转换器和D/A转换器性能优劣的主要指标。一方面，为了保证数据处理结果的准确性，D/A转换器和A/D转换器必须有足够的转换精度；另一方面，为了适应快速过程的控制和检测的需要，A/D转换器和D／A转换器还必须有足够快的转换速度。7.2数/模转换器(DAC

3、)7.2.1二进制权电阻DAC一个多位二进制数中每一位所代表的数值大小称为这一位的权。实现数/模转换的基本方法是用电阻网络将数字量按照每位数码的权转换成相应的模拟量，然后用求和电路将这些模拟量相加完成数/模转换。DAC的输入是数字信号。它可以是任何一种编码，常用的是二进制码。输入可以是正数，也可以是负数，通常是无符号的二进制数。7.2数/模转换器(DAC)7.2.1二进制权电阻DAC四位二进制权电阻DACRFVREFS3S2S1S0+-A20R21R22R23Ra3a2a1a07.2数/模转换器(DAC)7.2

4、.1二进制权电阻DAC由图7-1可以得到当输入的数字量超过4位时，每增加一位只要增加一个模拟开关和一个电阻即可。对于n位权电阻DAC有：7.2数/模转换器(DAC)7.2.1二进制权电阻DAC在运算放大器为理想的条件下可以得到权电阻DAC的优点是电路简单，但当位数较多时，电阻的值域范围太宽。例如，一个12位的权电阻DAC，=10V，最高位权电阻阻值为1kΩ，则最低位权电阻阻值为211×1kΩ=2048kΩ=2.048MΩ。由于对高位权电阻的精度和稳定性要求较高，使得制作含有阻值大、精度要求又高的集成电路很困难。

5、7.2数/模转换器(DAC)7.2.2R-2R倒T型电阻网络DACR-2R倒T型电阻网络DAC如图7-2所示。它只有R和2R两种电阻，克服了二进制权电阻DAC电阻范围宽的缺点。图中的S3～S0为模拟开关，受DAC输入数字量a3～a0的控制。ai=1时，Si接运算放大器的虚地端；ai=0时，Si接地。可见，在这个电路的各个支路中，无论输入数字量是0或1，开关Si均相当于接地，因此Si无论是接地或接虚地端，流入每个2R支路的电流都是不变的。7.2数/模转换器(DAC)7.2.2R-2R倒T型电阻网络DAC图7-2倒

6、T型电阻网络DAC0i2-iA↓iB↓S10IRRRR110iC↓i3i1i0VREFS3S2S0IR16RF2R2R2R2R2R+iI110ABCDAiF7.2数/模转换器(DAC)7.2.2R-2R倒T型电阻网络DAC由A、B、C、D各节点向下和向右看的两条支路的等效电阻都是2R，各节点到地的等效电阻则为R。所以每条支路的电流都是流入其左侧节点电流的一半。由上述分析可以写出图7-2中各支路的电流为：7.2数/模转换器(DAC)7.2.2R-2R倒T型电阻网络DAC考虑到数字量的控制作用，流入运算放大器的电流

7、可写作：对于n位倒T型电阻网络DAC，可以写出7.2数/模转换器(DAC)7.2.2R-2R倒T型电阻网络DAC由于，所以T型网络DAC除了具有电路简单、电阻种类少的特点外，还具有转化速度快的特点。这是由于在电路中，各支路电流不变，所以不需要电流建立时间。因此T型网络DAC是目前使用最多、速度较快的一种。【例7-1】已知倒T型电阻网络DAC的RF=R，VREF=8V，试分别求出四位和八位DAC的最小输出电压(即在DAC的输入数字量中只有最低有效位为1时的输出电压)和最大输出电压(即在DAC的输入数字量中各有效位

8、都为1时的输出电压)的数值。7.2数/模转换器(DAC)7.2.2R-2R倒T型电阻网络DAC解：(1)最小输出电压，即在DAC的输入数字量中只有最低有效位时的输出电压。四位DAC(n=4)的最小输出电压为：八位DAC(n=8)的最小输出电压为：(2)最大输出电压，即在DAC的输入数字量中各有效位都为1时的输出电压。四位DAC(n=4)的最小输出电压为：八位DAC(n=8)的最小输出电