第6章数模和模数的转换

是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比
首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数
基 本 原 理
码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui 进行比较。若ui＞uo，说明数字过大了，故将最高位的1清除； 若ui＜uo，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再 按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1
为1，CP到来后，只有触
&
发 器 FF1 置 1 ， 其 余 触 发
器仍为0。经编码器编码
后输出的二进制代码为
& d0 d2d1d0=001。
&
9
R/2
VREF 比较器
－+C7
R
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－+C6
R
－+C5
R
ui
－+C4
R －+C3
R －+C2
R －+C1
R/2 CP
寄存器
1D
Q7 C1
FF7
1D
C1
Q6
FF6 1D
5VREF/14≤ui ＜ 7VREF/14
&
d1
时 ， 比 较 器 C1 、 C2 、 C3输出为1，CP到来后，
触发器FF1、 FF2、 FF3
置1。经编码器编码后
输出的二进制代码为
d2d1d0=011。 d0 依此类推，可以列出ui & 为不同等级时寄存器的
状态及相应的输出二进
制数。
10
输入模拟电压
数
DAC
多 路
功率放大
执行机构
开
…
…
加热炉
…
字 控
关
功率放大
执行机构
加热炉
制
计 算 机
ADC
多
信号放大 温度传感器
路
…
…
开 关
信号放大
温度传感器
3
6.1.1 D/A转换原理
基 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 本 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 原 量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比， 理 这样便实现了从数字量到模拟量的转换。
C1 FF1
编码器 并联比较型 A/D 转换器
d2
0≤ui ＜ VREF/14 时 ， 7 个 比 较器输出全为0，CP到来
后，7个触发器都置0。
&
经编码器编码后输出的
二 进 制 代 码 为 d2d1d0 ＝ 000。
d1 VREF/14≤ui ＜ 3VREF/14 时 ，
&
&
7个比较器中只有C1输出
采样定理： f s 2 fi max
8
R/2
VREF 比较器
－+C7
R
－+C6
R
－+C5
R
ui
－+C4
R －+C3
R －+C2
R －+C1
R/2 CP
寄存器
1D
Q7 C1
FF7
1D
C1
Q6
FF6 1D
Q5
C1
FF5 1D
Q4
Q4 C1
FF4 Q3 1D
C1
FF3 1D
Q2
Q2 C1
FF2 1D
Q1
2．采样-保持电路
－
ui
A1 +
S
uC
－ +A2
开关驱
CH
动电路
采样脉冲（fS） (a) 电路图
uo, ui
uo
ui uo
0 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t (b) 波形图
t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个放 大器的增益都为1，因此这一阶段uo跟随ui变化，即uo＝ui。t1时 刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若A2的输入阻抗 为无穷大，S为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持充电时 的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压uo维持不变。
Q5
C1
FF5 1D
Q4
Q4 C1
FF4 Q3 1D
C1
FF3 1D
Q2
Q2 C1
FF2 1D
Q1
C1 FF1
编码器
& & & &
3VREF/14 ≤ui ＜ 5VREF/14 时，比较器C1、C2输出 d2 为1，CP到来后，触发
器FF1、FF2置1。经编码 器编码后输出的二进制
代码为d2d1d0＝010。
d0 输入 d1
…
dn－1
uo 或 io
D/A
输出
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 4)
本节小结：
D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信 号转换成相对应的模拟信号输出。D/A转换器根 据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络D/A 转换器和T型电阻网络D/A转换器两大类。由于T 型电阻网络D/A转换器只要求两种阻值的电阻， 因此最适合于集成工艺，集成D/A转换器普遍采 用这种电路结构。
ui
(0
~
1 14
)VREF
(
1 14
~
3 14
)VREF
(
3 14
~
5 14
)VREF
(
5 14
~
7 14
)VREF
(
7 14
~
9 14
)VREF
(
9 14
~
11 14
)VREF
(
11 14
~
13 14
)VREF
(
13 14
~ 1)VREF
寄存器状态 Q7 Q6 Q5 Q4 Q2 Q2 Q1 0 0 00 0 0 0 0000 001 0000 011 0000 111 000111 1 0011 111 0111 111 1111 111
第6章 数模和模数转换
学习要点： • 数模和模数转换的基本原理
1
第6章 数模和模数转换
6.1 D/A转换电路 6.2 A/D转换电路
退出
2
概述
能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称 A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为 数模转换器，简称D/A转换器或DAC。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。
如果输入的是n位二进制数，则D/A转换器 的输出电压为：
uo
VREF 2n
(d n1 2n1 d n2 2n2
d1 21
d0
20)
5
6.3 A/D转换器
6.2.1 并行电压比较型A/D转换器 6.2.2 逐次比较型A/D转换器
退出
6
6.2.1 并行电压比较型A/D转换器
1．A/D 转换器的基本原理
输出二进制数 d2 d1 d0 00 0 00 1 01 0 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1
11
6.2.2 逐次比较型A/D转换器
原
理 框 顺序脉冲 图 发生器
输出数字量
输入模拟电压
逐次比较 寄存器
ui
D/A
转换器
uo
电压 比较器
转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲
CPS
ui(t)
S
C
dn-1
us(t)
ADC 的数字 …
数字量输出
化编码电路
d1
(n 位)
d0
ADC 输入模拟电压 采样-保持电路 采样展宽信号
模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开的 过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C 上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的 模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。7