第九章数-模和模-数转换数模转换DA模数转换AD转换精度

V REF I3 d3 R
V REF I2 d2 2R
V REF I 1 2 d1 2 R
V REF I0 3 d0 2 R
di =1，有支路电流Ii
取RF =R/2代入
VREF 3 2 1 0 vo (d 3 2 d 2 2 d1 2 d 0 2 ) 4 2
n位的权电阻网络D/A转换器 当RF =R/2
第九章 数-模和模-数转换 数/模转换D/A 模/数转换A/D 转换精度和转换速度是衡量A/D D/A转换器性能优劣的主要指标。 9.1 D/A转换器 （1）权电阻网络D/A转换器 n位二进制数Dn=dn-1dn-2 … d1d0 权值 2n-12n-2 …2120 4位权电阻网络D/A转换器 n=4 S0—S3 4个电子开关， 1个求和放大器
VREF n Dn 2
9.2 A/D转换器 （1）基本原理 取样-保持-量化-编码 ①取样定理
取样频率≥输入模拟信号vI的最大频率分量频率 的2倍，就可以用低通滤波器将取样信号vS还原vI。 低通滤波器的频率特性fS=(3—5)fi(max)
fS≥2fi(max)
②量化和编码 最小数量单位称为量化单位△ 将取样电压表示为△的整数倍，叫做量化。 编码：将量化结果用代码表示。 量化误差：模拟电压取样值不被△整除， 舍弃的部分。 例：0—1V模拟信号用3位二进制码表示 取△=1/8V 最大量化误差△=1/8V
（2）并联比较型A/D转换器 直接A/D转换器 三部分组成： 电压比较器、寄存器、代码转换电路 输入信号vI是在 0—VREF参考电压源之间的模拟取样值。 输出3位二进制数码d2d1d0。 电阻分压： 1/15VREF—13/15VREF， 7个比较电平，量化单位△=2/15 VREF， 7个电压比较器C1…C7，vI →同相端， 比较电平 →反相端。 vI <1/15 VREF，C1…C7=0 全为0， 寄存器触发时钟CLK↑，存入全0。
流入V-电流
I I I I i d 3 d 2 d 1 d 0 2 4 8 16
反馈电阻R，输出电压
vo Ri VREF 3 2 1 0 4 (d 3 2 d 2 2 d1 2 d 0 2 ) 2
n位倒T形电阻网络 RF =R时
vo
VREF n 1 n2 1 0 ( d 2 d 2 d 2 d 2 ) n 1 n2 1 0 n 2
3/15 VREF
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7个电压比较器C1…C7， vI →同相端， 比较电平 →反相端。 vI <1/15 VREF， C1…C7=0 全为0， 寄存器触发时钟CLK↑， 存入全0。 1/15 VREF ≤vI <3/15 VREF C1=1 CLK作用下Q1 =1， 其余全为0。 3/15 VREF ≤vI <5/15 VREF C1= C2=1 比较电压小于vI的 比较器输出全为1。
代码转换电路（编码器电路） d2 = Q4 d1= Q6+ Q’4 Q2 (0—1/15)VREF d0= Q7+ Q’6 Q5+ Q’4 Q3+ Q’2 Q1 (1/15—3/15)VREF 并联比较型A/D转换器 的转换精度取决于量化电平， △越小，精度越高， 比较器的触发器数目多， 电路复杂。
取△=2/15V 0—1/15 V 000 0—1/2△ 最大量化误差减小到 1/2△=1/15 V
输入模拟电压 在正、负范围内 变化时， 用二进制补码编码。
③取样保持电路 T是N沟道增强型MOS管， 作模拟开关用。 取样脉冲vL=高电平 T导通 vI→RI→T→CH 电容充电 取RI=RF，运放输入电流为零，充满电后 vo = vC = -vI 当vL=0 MOS管截止，vC保持，运放输入阻抗越高， CH漏电越小，保持时间越长。
权电阻网络简单，电阻阻值多，精度难以保证。
（2）倒T形电阻网络D/A转换器 开关Si接哪边都是接地。 只有R、2R两种阻值的电阻 V-虚地点，等效电路 电阻网络并联后， 总阻值为R，总电流
V REF I R
流过每个支路的电流 I/2、I/4、I/8、I/16 di=0 Si→V+ di=1 Si→V-
VREF VREF n 1 n2 1 0 vo n (d n 1 2 d n 2 2 d1 2 d 0 2 ) n Dn 2 2
vo变化范围 Dn=0 Dn =111…11 所以vo变化范围0 → vo=0，
2n 1 vo n VREF 2
2n 1 n VREF 2
(3/15—5/15)VREF (5/15—7/15)VREF (7/15—9/15)VREF (9/15—11/15)VREF (11/15—13/15)VREF (13/15—1)VREF
输入模拟电压 vI
寄存器状态 Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
数字量 输出 d2d1d0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
优点：转换速度快，一级触发器的延迟时间和3级门电路的延迟时间50ns以下。 省去取样-保持电路，比较器和寄存器有取样-保持功能。 缺点：需要2n-1个电压比较器和2n-1个触发器，电路随输出代码的位数成倍上 升，如210-1=1023，不能实现n大的A/D转换。
,
d3 … d0代码为， 1，接参考电压源VREF ，有支路电流Ii 流向求和放大器。 d3 … d0代码为0，接地。
，
求和放大器是理想运放，接成负反馈
开环增益∞，输入电流=0， 输入电阻∞，输出电阻=0 V+>V- vo为正 V+<V- vo 为负 ∵RF负反馈， V->V+时， vo负值反馈V-，使V-降低。 ∴V-≈V+=0 虚地点 运放输入电流为零 vo= -RFi∑ = -RF(I3+I2+I1+I0) ∵V-≈0 ∴