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第8章 数模和模数转换
8.1 概述 8.2 数模转换器 8.3 模数转换器
8.1 概述
ADC和DAC的应用：
传感器
(温度、压力、流 量等模拟量）
A/D
能够将模拟量转换为 数字量的器件称为模 数转换器，简称A/D转 换器或ADC。
显示器
计算机
（数字量）
打印机
执行部件
（模拟量控制）
D/A
ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电 路的桥梁，也可称之为两者之间的接口.
运算放大器总的输入电流为
I I I I I I n 1 n 2 2 1 0
n 1 U U i REF REF I d d 2 i i n i 1 i n 1 2 R 2 R i 0 i 0 i 0 n 1 n 1
虚断 运算放大器输出电压为
n 1 U i REF u R I R d 2 O F F n i 1 2 R i 0
能够将数字量转换为 模拟量的器件称为数 模转换器，简称D/A转 换器或DAC。
8.2 数模转换器
一、D/A转换器的基本工作原理
D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量， 以电压或电流的形式输出。 D/A转换器实质上是一个译码器（解码器）。一般常 用的线性 D/A 转换器，其输出模拟电压 uO 和输入数字量 Dn 之间成正比关系。UREF为参考电压。 uO＝DnUREF
n
因而uO的变化范围是
2n 1 0 ~ n U REF 2
权电阻网络D/A转换器的特点 ①优点：结构简单，电阻元件数较少； ②缺点：阻值相差较大，制造工艺复杂。
8.2 数模转换器
2. 倒T型电阻网络D/A转换器
(M SB) dn-1 dn-2
求和点
R ) F (R (L SB) d0 － A + u0
S1 I1 2n-2R
S0 I0 2n-1R I － A + u0 RF (R/2)
开关 Si的位置受数据锁存器输出的数码di控制：当di=1时，Si将对 集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲，并将电流 应的权电阻接到参考电压 UREF上；当di=0时，Si将对应的权电阻接地。 转换为电压输出。
虚短
U U REF REF i d 1 时， I 2 i i n 1 i n 1 2 R 2 R d 0 时， I 0 i i
U U i REF REF I d d 2 i i n i 1 i n 1 2 R 2 R
8.2 数模转换器
u D U o n REF
n 1 n 2 1 0 d 2 U d 2 U d 2 U d 2 U n 1 REF n 2 REF 1 REF 0 REF i d 2 i U REF i 0 n 1
即：D/A转换器的输出电压uO，等于代码为1的各位所对应 的各分模拟电压之和。
8.2 数模转换器
RF (R) (MSB) dn-1 dn-2 Sn-1 I 21 UREF 2R R I 21 Sn-2 I 22 2R R …… I I 22 I 2n- 2 I 2n-1 I 2n d2 S2 I 2 n- 2 2R R d1 (LSB) d0 S1 I 2n- 1 2R R S0 I 2n 2R 2R
8.2 数模转换器
二、D/A转换器的主要电路形式 1. 权电阻网络D/A转换器
(MSB) dn-1 dn-2
数字量输入
d2 d1
UREF
(LSB) d0
双向模拟开关
Sn-1 In-1 2R
0
Sn-2 In-2 2R
1
S2 … I2 2 R
n-3
Hale Waihona Puke BaiduS1 I1 2 R
n-2
S0 I0 2 R I － A +
(L S B ) d 0
输 入 d 1 D n d － n 1
u io o或
…
D /A
输 出
(M S B )
8.2 数模转换器
将输入的每一位二进制代码按其权值大小转换成相应 的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，则所得的总模 拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量 的转换。
n 1 n 2 1 0 i D d 2 d 2 d 2 d 2 d 2 n n 1 n 2 1 0 i i 0 n 1
n-1
RF (R/2)
权电阻
权电阻网络DAC原理图 权电阻的排列顺序和权值的排列顺序相反。
模 拟 u0 量 输 出
运算放大器
8.2 数模转换器
权电阻网络DAC的原理分析
UREF (MSB) dn-1 dn-2 d2 d1 (LSB) d0
Sn-1 In-1 20R
Sn-2 In-2 21R …
S2 I2 2n-3R
n 1 U U i REF REF u d 2 D O i n n n 2 i 2 0
令 RF=R/2 ，则
即：输出的模拟电压uO正比于输入的数字量Dn，从而实现 了从数字量到模拟量的转换。
8.2 数模转换器
当Dn=Dn-1…D0=0时，uO=0
2 1 U 当Dn=Dn-1…D0=11…1时， u O REF 。 n 2
8.2 数模转换器
D/A转换器一般由数码缓冲寄存器、模拟电子开关、 参考电压、解码网络和求和电路等组成。
参考电压 n位数字 量输入 模拟量 输出
数码缓冲 寄存器
n位数控 模拟开关
解码网络
求和电路
n 位D/A转换器方框图
数字量以串行或并行方式输入，并存储在数码缓冲寄 存器中；寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开 关，将在解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路； 求和电路将各位权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。
数字量输入
d2 d1
Sn-1
Sn-2
S2
S1
S0
模 拟 量 输 出
U R EF
2R R
2R R … …
2R R
2R R
2R
2R
倒T型电阻网络D/A转换器原理图
电阻解码网络中，电阻只有R和2R两种，并构成倒T型电阻网 络。当di=1时，相应的开关Si接到求和点；当di=0时，相应的开 关Si接地。但由于虚短，求和点和地相连，所以不论开关如何转 向，电阻2R总是与地相连。这样，倒T型网络的各节点向上看和 向右看的等效电阻都是2R，整个网络的等效输入电阻为R。
8.1 概述 8.2 数模转换器 8.3 模数转换器
8.1 概述
ADC和DAC的应用：
传感器
(温度、压力、流 量等模拟量）
A/D
能够将模拟量转换为 数字量的器件称为模 数转换器，简称A/D转 换器或ADC。
显示器
计算机
（数字量）
打印机
执行部件
（模拟量控制）
D/A
ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电 路的桥梁，也可称之为两者之间的接口.
运算放大器总的输入电流为
I I I I I I n 1 n 2 2 1 0
n 1 U U i REF REF I d d 2 i i n i 1 i n 1 2 R 2 R i 0 i 0 i 0 n 1 n 1
虚断 运算放大器输出电压为
n 1 U i REF u R I R d 2 O F F n i 1 2 R i 0
能够将数字量转换为 模拟量的器件称为数 模转换器，简称D/A转 换器或DAC。
8.2 数模转换器
一、D/A转换器的基本工作原理
D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量， 以电压或电流的形式输出。 D/A转换器实质上是一个译码器（解码器）。一般常 用的线性 D/A 转换器，其输出模拟电压 uO 和输入数字量 Dn 之间成正比关系。UREF为参考电压。 uO＝DnUREF
n
因而uO的变化范围是
2n 1 0 ~ n U REF 2
权电阻网络D/A转换器的特点 ①优点：结构简单，电阻元件数较少； ②缺点：阻值相差较大，制造工艺复杂。
8.2 数模转换器
2. 倒T型电阻网络D/A转换器
(M SB) dn-1 dn-2
求和点
R ) F (R (L SB) d0 － A + u0
S1 I1 2n-2R
S0 I0 2n-1R I － A + u0 RF (R/2)
开关 Si的位置受数据锁存器输出的数码di控制：当di=1时，Si将对 集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲，并将电流 应的权电阻接到参考电压 UREF上；当di=0时，Si将对应的权电阻接地。 转换为电压输出。
虚短
U U REF REF i d 1 时， I 2 i i n 1 i n 1 2 R 2 R d 0 时， I 0 i i
U U i REF REF I d d 2 i i n i 1 i n 1 2 R 2 R
8.2 数模转换器
u D U o n REF
n 1 n 2 1 0 d 2 U d 2 U d 2 U d 2 U n 1 REF n 2 REF 1 REF 0 REF i d 2 i U REF i 0 n 1
即：D/A转换器的输出电压uO，等于代码为1的各位所对应 的各分模拟电压之和。
8.2 数模转换器
RF (R) (MSB) dn-1 dn-2 Sn-1 I 21 UREF 2R R I 21 Sn-2 I 22 2R R …… I I 22 I 2n- 2 I 2n-1 I 2n d2 S2 I 2 n- 2 2R R d1 (LSB) d0 S1 I 2n- 1 2R R S0 I 2n 2R 2R
8.2 数模转换器
二、D/A转换器的主要电路形式 1. 权电阻网络D/A转换器
(MSB) dn-1 dn-2
数字量输入
d2 d1
UREF
(LSB) d0
双向模拟开关
Sn-1 In-1 2R
0
Sn-2 In-2 2R
1
S2 … I2 2 R
n-3
Hale Waihona Puke BaiduS1 I1 2 R
n-2
S0 I0 2 R I － A +
(L S B ) d 0
输 入 d 1 D n d － n 1
u io o或
…
D /A
输 出
(M S B )
8.2 数模转换器
将输入的每一位二进制代码按其权值大小转换成相应 的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，则所得的总模 拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量 的转换。
n 1 n 2 1 0 i D d 2 d 2 d 2 d 2 d 2 n n 1 n 2 1 0 i i 0 n 1
n-1
RF (R/2)
权电阻
权电阻网络DAC原理图 权电阻的排列顺序和权值的排列顺序相反。
模 拟 u0 量 输 出
运算放大器
8.2 数模转换器
权电阻网络DAC的原理分析
UREF (MSB) dn-1 dn-2 d2 d1 (LSB) d0
Sn-1 In-1 20R
Sn-2 In-2 21R …
S2 I2 2n-3R
n 1 U U i REF REF u d 2 D O i n n n 2 i 2 0
令 RF=R/2 ，则
即：输出的模拟电压uO正比于输入的数字量Dn，从而实现 了从数字量到模拟量的转换。
8.2 数模转换器
当Dn=Dn-1…D0=0时，uO=0
2 1 U 当Dn=Dn-1…D0=11…1时， u O REF 。 n 2
8.2 数模转换器
D/A转换器一般由数码缓冲寄存器、模拟电子开关、 参考电压、解码网络和求和电路等组成。
参考电压 n位数字 量输入 模拟量 输出
数码缓冲 寄存器
n位数控 模拟开关
解码网络
求和电路
n 位D/A转换器方框图
数字量以串行或并行方式输入，并存储在数码缓冲寄 存器中；寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开 关，将在解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路； 求和电路将各位权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。
数字量输入
d2 d1
Sn-1
Sn-2
S2
S1
S0
模 拟 量 输 出
U R EF
2R R
2R R … …
2R R
2R R
2R
2R
倒T型电阻网络D/A转换器原理图
电阻解码网络中，电阻只有R和2R两种，并构成倒T型电阻网 络。当di=1时，相应的开关Si接到求和点；当di=0时，相应的开 关Si接地。但由于虚短，求和点和地相连，所以不论开关如何转 向，电阻2R总是与地相连。这样，倒T型网络的各节点向上看和 向右看的等效电阻都是2R，整个网络的等效输入电阻为R。