数字电路基础 阎石 第十一章 数-模和模-数转换

求和放大器
权电阻网络
模拟开关
负反馈放大器： 设A为理想放大器，即 AV = ∞ , i I = 0, RO = 0 当接成深度负反馈时， 必有 V? ≈ V+ = 0，且 i I = 0
求和放大器
权电阻网络
权电流：I i = VREF I0 = I1 = VREF VREF VREF VREF 23 R 22 R 21 R 20 R
控制 对象
执行机构
传感器 热电偶
放大器
A/D 转换
微型计算机
温 度
D/A 转换
！精度 ！速度
时间
三、分类
权电阻网络DAC ?倒T形电阻网络DAC ? ? D / A?权电流型DAC ?开关树型DAC ? ?权电容网络DAC ?
数字电路基础 阎石 第十一章 数-模和模-数转换.txt如果我穷得还剩下一碗饭 我也会让你先吃饱全天下最好的东西都应该归我所有，包括你！！ 先说喜欢我能死啊?别闹，听话。 有本事你就照顾好自己，不然就老老实实地让我来照顾你！ 数字电路基础 阎石 第十一章 数-模和模-数转换.txt10有了执著，生命旅程上的寂寞可以铺成一片蓝天；有了执著，孤单可以演绎成一排鸿雁；有了执著，欢乐可以绽放成满圆的鲜花。 本文由baoyizhong0贡献
2n ? 1 Dn范围为0 ~ 2 ? 1, VO = 0 ~ ? n VREF 2
n
VREF 取“负”则得VO为“正”
实例：CB 7520
11.2.6 具有双极性输出的DAC 具有双极性输出的DAC 当输入数字量有± 当输入数字量有±极性时， 希望输出的模拟电压也对应为± 希望输出的模拟电压也对应为±。 一、原理 例：输入为3位二进制补码。最高位为符号位，正数为0 例：输入为3位二进制补码。最高位为符号位，正数为0， 负数为1 负数为1
输入 信号 1V 7/8V 110 6/8V 101 5/8V 100 4/8V 011 3/8V 010 2/8V 001 1/8V 000 0 0 =0 （V） 0 1?=1/8（V） 1/15V
000
二进制 代表的模拟 代码 电压 111 7? =7/8 （V）
输入 信号 1V 13/15V
输出电压：VO = ? RF i∑ = ? RF ( I 3 + I 2 + I1 + I 0 ) VREF VREF VREF VREF = ? RF ( d3 + d 2 + 2 d1 + 3 d 0 ) R 2R 2 R 2 R V = ? REF ( 23 d 3 + 2 2 d 2 + 21 d1 + 20 d 0 ) 24
d i = 1时，I i流入i∑
VREF 1 (d 3 23 + d 2 2 2 + d1 21 + d 0 20 ) VO = ? Ri ∑ = ? R R 24 VREF =? 4 D 2 对n位输入时，应有 V 1 VO = ? Ri ∑ = ? R REF n (d n ?1 2 n?1 + d n ? 2 2 n ? 2 + ? + d1 21 + d 0 2 0 ) R 2 VREF =? n D 2
*将符号位反相后接至高位输入 *将输出偏移使输入为100时，输出为0
VB I VREF ∴ 只需令I B = i∑ → = = 即可 RB 2 2R
11.2.7 DAC的转换精度与速度 DAC的转换精度与速度
一、转换精度 1. 分辨率（理论精度） ? 用输入数字量的二进制数码位数给出 ? n位DAC,应能输出0 ~ 2n-1个不同的等级电压，区分出输 DAC,应能输出0 入的00···0到11···1， 入的00···0到11···1， 2n-1个不同状态
1
*将符号位反相后接至高位输入 *将输出偏移使输入为100时，输出为0
二、电路实现
1. VREF = ?8V
8 则VO = 3 (d 2 2 2 + d1 21 + d 0 20 ) 2 000 → VO = 0V 2.偏移 ? 4V , 使输入100时，VO = 0 001 → VO = 1V 则d 2 d1d 0 = I VREF 111 → VO = 7V ∵ 输入100时，i ∑ = = 2 2R 100 → VO = 4V R ຫໍສະໝຸດ R → 1111111
111 110 101 100 011 010 001 000
~
13 V 15
R
→ 0111111
R
9 V 15 7 V 15
R
~
11 V 15
R
A(电压 或 电流)
D
？
A/D
111101…
一、采样定理 f S ≥ 2 f i (max), 一般取f S = (3 ~ 5) f i (max)
二、量化和编码 1. 量化：将采样电压表示为最小数量单位（Δ）的整数倍 量化：将采样电压表示为最小数量单位（Δ 2. 编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二-十进制） 编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二3. 量化误差：当采样电压不能被Δ整除时，将引入量化误差 量化误差：当采样电压不能被Δ
2. 转换误差（实际精度） ? 用最低有效位的倍数来表示 ? 有时也用绝对误差与输出电压满刻度的百分数来表示
二、误差分析
1.?VREF引起的误差 VREF ?VREF VO = ? n Dn ? ?VO = ? Dn n 2 2
2.漂移误差 由 OpA 零点漂移导致的曲线漂 移
补码输入 D1 1 1 0 0 1 1 0 0 D2 0 0 0 0 1 1 1 1 D0 1 0 1 0 1 0 1 0 对应的 十进制 要求的 输出 +3 +2 +1 0 -1 -2 -3 -4 +3V +2V +1V 0V -1V -2V -3V -4V
D/A
补码输入 D2 0 0 0 0 1 1 1 1 D1 1 1 0 0 1 1 0 0 D0 1 0 1 0 1 0 1 0 对应的 十进制 +3 +2 +1 0 -1 -2 -3 -4 要求的 输出 +3V +2V +1V 0V -1V -2V -3V -4V 原码输入 D2 1 1 1 1 0 0 0 0 D1 1 1 0 0 1 1 0 0 D0 1 0 1 0 1 0 1 0 对应的 输出 +7V +6V +5V +4V +3V +2V +1V 0V 偏移后 的输出 +3V +2V +1V 0V -1V -2V -3V -4V
101 100 011 010 001
11.3.2 抽样保持电路
！加大输入电阻 ！减小输出电阻 ！Av=1
11.3.3 并联比较型A/D转换器 并联比较型A/D转换器
并联比较型
量化
13 VR 13 15 VR ~ V R → 0111111 15 11 VR 9 11 15 VR ~ V R → 0011111 15 15 9 VR 9 15 VR ~ V R → 0001111 15 7 VR 5 7 VR ~ V R → 0000111 15 15 15 5 VR 5 15 VR ~ V R → 0000011 15 3 VR 1 3 15 VR ~ V R → 0000001 15 15 1 VR 1 15 0 ~ VR → 0000000 15
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《数字电子技术基础》（第五版）教学课件 数字电子技术基础》
第十一章 数-模（D/A）和模-数（A/D）转换 模（D/A）和模-数（A/D）转换
11.1 概述 一、用途及要求
电加热炉
3.非线性误差 模拟开关的导通内阻不 为0，电阻网络的偏差引起
* 总误差：几种误差的绝 对值相加
5G 例： 7520 10 位倒 T形 DAC ）中，若保证由 V REF 偏差引起的误差 < （ 试求 V REF 的相对稳定度（ ?V REF ）。 V REF
1 LSB 2
要求 ?VO ≤
VREF 211
VREF 210 ? 1 即 10 ?VREF ≤ 11 2 2 ?VREF 1 210 1 所以 ≤ 11 10 ≈ 11 = 0.05% VREF 2 2 ?1 2
11.3 A/D转换器 A/D转换器 11.3.1 A/D转换的基本原理 A/D转换的基本原理 输入连续变化电压，输出为不连 续的数字量
二进制 代表的模拟 代码 电压
111 110
7?=14/15（V） 6?=12/15（V） 5?=10/15（V） 4?= 8/15（V） 3?= 6/15（V） 2?= 4/15（V） 1?= 2/15（V） 0 = 0 (V）
6?=6/8（V） 11/15V 5?=5/8（V） 9/15V 4?=4/8（V） 7/15V 3?=3/8（V） 5/15V 2? =2/8（V） 3/15V
13 V 15
R
~
15 V 15
R
→ 1111111
11 15
7 15
3 15
输入→量化 →编码
13 V 15
11 V 15
R
R
~
15 V 15
RF = R
2
11.2.2 倒T形电阻网络DAC 形电阻网络DAC
希望用较少类型的电阻，仍然 能得到一系列权电流
R
R