数模及模数转换器习题解答

自我检测题

1 •就实质而言，D/A 转换器类似于译码器,A/D 转换器类似于编码器。

2 •电压比较器相当于1位A/D 转换器。

3 • A/D 转换的过程可分为 采样、保持、量化、编码 4个步骤。

4 •就逐次逼近型和双积分型两种 A/D 转换器而言， 双积分型 的抗干扰能力强,

逐次逼近型的转换速度快。

5 • A/D 转换器两个最重要的指标是分辨率和转换速度。

6 • 8位D/A 转换器当输入数字量只有最低位为 1时，输出电压为0.02V ，若输入数字量只有最 高位为1时，则输出电压为 V 。

A. 0.039 B ■ 2.56 C • 1.27 D

.都不是

7 • D/A 转换器的主要参数有 ______ 、转换精度和转换速度。

A .分辨率

B

•输入电阻

C •输出电阻

D •参考电压

8 •图T7.8所示R-2R 网络型D/A 转换器的转换公式为 _________ 。

图 T7.8

9 . D/A 转换器可能存在哪几种转换误差？试分析误差的特点及其产生误差的原因。

解：D/A 转换器的转换误差是一个综合性的静态性能指标，通常以偏移误差、增益误差、非线 性误差等内容来描述转换误差。

偏移误差是指D/A 转换器输出模拟量的实际起始数值与理想起始数值之差。 增益误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线的斜率的偏差。

D/A 转换器实际的包络线与两端点间的直线比较仍可能存在误差，这种误差称为非线性误差。

10. 比较权电阻型、R-2R 网络型、权电流型等 D/A 转换器的特点，结合制造工艺、转换的精度 和转换的速度等方面比较。

解：权电阻型D/A 转换器的精度取决于权电阻精度和外接参考电源精度。 由于其阻值范围太宽，

很难保证每个电阻均有很高精度，因此在集成

D/A 转换器中很少采用。

R-2R 网络型D/A 转换器电阻网络中只有 R 和2R 两种阻值的电阻，且比值为2。虽然集成电路技 术制造的电阻值精度不高， 但可以较精确地控制不同电阻之间的比值， 从而使R-2R 网络型D/A 转换 器获得较

高精度。

权电流型D/A 转换器可以消除模拟开关导通电阻产生的影响。同时可获得较高的转换速度。 11. 工—A 模/数（A / D ）中包括哪些主要部分？它们各起什么作用？

解：工—A 模/数转换器由1个差分放大器、一个积分器、1个比较器、1个1bit 的DAC 和数 字滤波器组成。

差分放大器：将输入信号 V I 减去来自1位DAC 的反馈信号得到误差信号，V e = V I — V f 。 积分器：积分器对误差信号 v e 进行积分。

电压比较器：当积分器的输出电压 v g > 0V 时，输出V g /为高电平（逻辑1 ）；当V g W 0V 时，V g

z

为低电平（逻辑0）。实际上，该电压比较器可以看成是 1位的ADC

1位的DAC 由一模拟选择开关构成。当输入为逻辑 1时，把输出端V f 接+V REF ；当输入为逻辑0 时，把输

出端V f 接地。

A . V 。

V

REF

23

、D i

i =0

B. V o

3

24 J 2i

2 V REF

C . V o

V 3

V R 4^' Di 2i

24 y

D. V o

V REF J

2

i =0

D i 2i

在采样信号CP 的作用下，D 触发器的Q 端送出一串行的数字序列 c 。此串行的数字序列经数字 抽取滤波器滤波，从而获得并行

n 位数字量输出。

12 •从精度、工作速度和电路复杂性比较逐次逼近、并行比较、

S-A 型A/D 转换器的特点。

逐次逼近型A/D 转换器的优点是电路结构简单，构思巧妙，转换速度较快(只需要

n+2个CP

周期，n 是位数)，所以在集成A/D 芯片中用得最多。由于位数越多，转换时间越长，因此，分辨率 在14位至16位，速率高于几 Msps 的逐次逼近 ADC 非常少见。

并行比较型A/D 转换器虽然具有转换速度极高的优点， 但n 位的A/D 转换器需要提供2n -1个比

较器。

工-A 转换器中的模拟部分非常简单(类似于一个

1bit ADC )，而数字部分要复杂得多，按照

功能可划分为数字滤波和抽取单元。由于更接近于一个数字器件，

工-A ADC 的制造成本非常低廉。

习 题

1. n 位权电阻型D/A 转换器如图P7.1所示。 (1 )试推导输出电压V O 与输入数字量的关系式；

(2) 如n=8, V REF = -10V 时，如输入数码为20H ，试求输出电压值。

图 P7.1

解：(1) V O - 一年D i 2i

2 y

10

(2) V O

32 =1.25V

256

2 . 10位R-2R 网络型D/A 转换器如图P7.2所示。 (1) 求输出电压的取值范围；

(2) 若要求输入数字量为 200H 时输出电压V O =5V ，试问V REF 应取何值？

图 P7.2

1023

(2) V REF 二-1023 5V : -10V

512

3.已知R -2R 网络型D/A 转换器V R E =+5V,试分别求出4位D/A 转换器和8位D/A 转换器的最大 输出电压，并说明这种 D/A 转换器最大输出电压与位数的关系。

解：4位D/A 转换器的最大输出电压：

8位D/A 转换器的最大输出电压 由此可见，最大输出电压随位数增加而增加，但增加幅度并不大。 4 .已知R-2R 网络型D/A 转换器V R EF =+5V,试分别求出4位D/A 转换器和8位D/A 转换器的最小 输出电压，并说明这种 D/A 转换器最小输出电压与位数的关系。

解：4位D/A 转换器的最小输出电压 8位D/A 转换器的最小输出电压 位数越多，最小输出电压越小。

5 •由555定时器、3位二进制加计数器、理想运算放大器

A 构成如图P7.5所示电路。设计数

器初始状态为000,且输出低电平V O L =0 V ，输出高电平V 0H =3.2 V , R 为异步清零端，高电平有效。

(1)输出电压范围0〜

10

2 - 1 10 V REF

2

解: