《数字电子技术基础》第五版 阎石 第11章 课件PPT

按比例加大发射结的面积
DAC0808电路结构框图 电路结构框图
已知VREF=10V 已知
RR = 5k? RF = 5k?
RF I RF VREF 10 vo = 8 Dn = 8 ? Dn = 8 Dn 2 2 RR 2
四、具有双极性输出的D/A转换器 具有双极性输出的 转换器
接一偏置电流 符号位求反
i(max)
量化－ 量化－编码
将取样－保持电路的输出电压， 将取样－保持电路的输出电压，按某种近似方式 归化到与之相应的离散电平上，这一转化过程称为数 归化到与之相应的离散电平上，这一转化过程称为数 值量化，简称量化。 值量化，简称量化。 量化 将取样电压表示为一个最小单位的整数倍， 将取样电压表示为一个最小单位的整数倍，所 取的最小数量单位称为量化单位， 取的最小数量单位称为量化单位，用 表示。 表示。
0≤vi ＜ VREF/15 时，7个比较 器输出全为0， CP 到来后 ， 7 到来后， 个触发器都置 个触发器 都置 0。经 编码器编码后 编码器编 码后 输出的二进制 输出的二 进制 代 码 为 d2d1d0 ＝000。 。
VREF 3V ≤ ui < REF 15 15
时，7个比较器 个比较器 中只有C 中只有 1输出 为1，CP到来 ， 到来 后，只有触发 器FF1置1，其 ， 余触发器仍为0。 余触发器仍为 。 经编码器编码 后输出的二进 制代码为 d2d1d0=001。 。
VREF I 0 = 3 d0 2 R
取RF=R/2
VREF 3 2 1 0 vo = ? 4 (d32 +d2 2 +d12 +d0 2 ) 2
n位权电阻网络 位权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻取为 转换器， 位权电阻网络 转换器 R/2时，输出电压的计算公式： 时 输出电压的计算公式：
五、D/A转换器的主要参数 转换器的主要参数 1.D/A转换器的转换精度 转换器的转换精度
转换器理论上可达到的精度。 （1）分辨率：D/A转换器理论上可达到的精度。 分辨率： 转换器理论上可达到的精度 分辨率可以用输入二进制数码的位数给出。 分辨率可以用输入二进制数码的位
教学要求
1、掌握DAC和ADC的定义及应用； 2、了解DAC的组成、倒T型电阻网络、集 成D/A转换器、转换精度及转换速度； 3、了解ADC组成、逐次逼近型A/D转换器、 积分型A/D转换器、转换精度及转换速度。
11.1
概述
模－数转换（A/D转换）：将模拟信号转换为数 数转换（ 转换）：将模拟信号转换为数 转换）： 字信号。实现 转换的电路称为A/D转换器，简 转换器， 字信号。实现A/D转换的电路称为 转换的电路称为 转换器 写为ADC(Analog-Digital Converter) 写为 转换）： 数－模转换（D/A转换）：将数字信号转换为模 模转换（ 转换）：将数字信号转换为模 拟信号。实现 转换的电路称为D/A转换器，简 转换器， 拟信号。实现D/A转换的电路称为 转换的电路称为 转换器 写为DAC(Digital-Analog Converter) 写为
VREF n ?1 n?2 1 0 vo = ? n (d n ?1 2 + d n ? 2 2 + …… + d1 2 + d 0 2 ) 2
输出电压的变化范围: 输出电压的变化范围
2 ?1 0 ~ ? n VREF 2
n
优点：结构简单，所用的电阻元件数很少。 优点：结构简单，所用的电阻元件数很少。 缺点：各电
数给出。 分辨率也可用D/A转换器能够分辨出来的最小输 转换器能够分辨出来的最小输 分辨率也可用 出电压与最大输出电压的比值来表示。 位 出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换 转换 器的分辨率为： 器的分辨率为：
8 克 砝码总重 < 待测重量 x ，故保留 待测重量W 待测重量W 砝码总重 > 待测重量 x ，故撤除
11.2
D/A转换器 转换器
将数字信号转换为模拟信号的电路。 将数字信号转换为模拟信号的电路。
例如：对于 的直流电压， 例如：对于0 ~ 5V的直流电压，计算机用 位数字 的直流电压 计算机用8位数字 量来描述时： 量来描述时： 最小值（ 对应0V， 最小值（00000000）B = 0对应 ， ） 对应 最大值（ 最大值（11111111）B = 255 对应 5V， ） ， 中间值（ 对应2. 中间值（01111111）B = 127 对应 5V 等 ） D/A的任务是接收到一个数字量后，给出一个 的任务是接收到一个数字量后， 的任务是接收到一个数字量后 ） 相应的电压。比如收到（00111111）B ，应给出幅 相应的电压。比如收到（ 度为1.25V 的电压。 的电压。 度为
一、权电阻网络D/A转换器 权电阻网络 转换器
求和放大 器 电阻网络
模拟电子开关
参考电压
集成运放通过R 接入负反馈，有虚短， 集成运放通过 F接入负反馈，有虚短，V-≈V+=0
vo = ? RF iΣ = ? RF ( I 3 + I 2 + I1 + I 0 )
VREF I3 = d3 R VREF I1 = 2 d1 2 R VREF I2 = d2 2R
其工作原理可用天平秤重作比喻。 其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个 砝码共重15克 每个重量分别为8、 、 、 克 砝码共重 克，每个重量分别为 、4、2、1克。 设待秤重量W 设待秤重量 x = 13克，可以用下表步骤来秤量： 克 可以用下表步骤来秤量：
砝码重 第一次 结 论 暂时结果 8 克 12 克 12 克 13 克
11.3
A／D转换器 ／ 转换器
输入模拟电压 UI
0 ~ 5V
A/D
输出数字量 D7~D0
00000000 ~ 11111111
一、A/D转换的基本原理 转换的基本原理
CPS ui(t) us(t) S C ADC 的 字 数 化 码 路 编 电
…
dn-1 d1 d0 数 量 出 字 输 (n 位 )
输
电
ADC -
电 路
取样－ 取样－保持
取样是对模拟信 号进行周期性地抽取 样值的过程， 样值的过程，就是把 随时间连续变化的信 号转换成在时间上断 续、在幅度上等于取
取样频率 样时间内模拟信号大 小的一串脉冲。 小的一串脉冲。 输入模拟信号的最 高频率分量的频率
取样定理： 取样定理：fs≥2f
阻的阻值相差较大， 缺点：各电阻的阻值相差较大，不能保证有很 高的精度。 高的精度。
形电阻网络D/A转换器 二、倒T形电阻网络 形电阻网络 转换器
求和放大 器
模拟电子开关
电阻网络
由于V-≈V+=0,所以开关 合到哪一边，都相当 所以开关S合到哪一边 由于 所以开关 合到哪一边， 于接到了“ 电位， 于接到了“地”电位，流过每条电路的电流始终不 可等效为： 变。可等效为：
本文由风霜雨雪淋洲贡献
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第 十一 章
数－模和模－数转换
教学内容
§11.1 概述 §11.2 D/A转换器 §11.3 A/D转换器
vo = iΣ RF I I I I = RF ( d 3 + 2 d 2 + 3 d1 + 4 d 0 ) 2 2 2 2 RF I = 4 (d 3 23 + d 2 2 2 + d1 21 + d 0 20 ) 2
为减少电阻阻值的种类，在实用的权电流型 为减少电阻阻值的种类，在实用的权电流型D/A转换器 转换器 中，经常利用倒T形电阻网络的分流作用产生一组所需的恒 经常利用倒 形电阻网络的分流作用产生一组所需的恒 流源。 流源。
转换器实际上能达到的转换精度。 （2）转换误差：D/A转换器实际上能达到的转换精度。 ）转换误差： 转换器实际上能达到的转换精度 可以用输出电压满刻度值的百分数表示， 可以用输出电压满刻度值的百分数表示，也可用 最低位有效值的倍数表示。 最低位有效值的倍数表示。 如：转换误差为0.5LSB，表示输出模拟电压的 转换误差为 ， 绝对误差等于当输入数字量的LSB＝1时，其余各位 ＝ 时 绝对误差等于当输入数字量的 均为0时输出模拟电压的一半。 均为 时输出模拟电压的一半。 时输出模拟电压的一半 转换误差可分为静态误差和动态误差。 转换误差可分为静态误差和动态误差。产生静态误 差的原因是基准电源不稳定、运放的零点漂移、 差的原因是基准电源不稳定、运放的零点漂移、模拟开 关导通时的内阻和压降及电阻网络中阻值的偏差等； 关导通时的内阻和压降及电阻网络中阻值的偏差等；动 态误差则是在转换的动态过程中产生的附加误差。 态误差则是在转换的动态过程中产生的附加误差。
CB7520电路原理图 电路原理图
三、权电流型D/A转换器 权电流型 转换器
恒流源
恒流源模型： 恒流源模型：
VB ? VEE ? VBE Ii ≈ REi
只要电路工作时保证V 稳定不变， 只要电路工作时保证 B和VEE稳定不变，则 三极管的集电极电流即可保持恒定， 三极管的集电极电流即可保持恒定，不受开关内 阻的影响。 阻的影响。
I I I I iΣ = d 3 + d 2 + d1 + d 0 2 4 8 16
取RF=R
VREF I= R
VREF 3 2 1 0 vo = ?R Σ = ? 4 (d32 +d2 2 +d12 +d0 2 ) i 2
n位输入的倒 形电阻网络 位输入的倒T形电阻网络 转换器， 位输入的倒 形电阻网络D/A转换器，当反馈 转换器 电阻取为R时，输出电压的计算公式： 电阻取为 时 输出电压的计算公式：