第十章数模转换和模数转换
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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(Digital-to-Analog Converter)。
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
温控系统中D/A和A/D运用示意 图
第十章 数模和模数转换
第一节 D/A转换器 第二节 A/D 转换器
本章学习要求
概述
计算机系统是一个数字系统、离散系统，而我们生活的外 部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够了解外部世界， 对外部事物进行处理，就必须有一个将模拟量转换为数字量、 将数字量转换为模拟量的接口，这就是常说的 A/D和 D/A。
I3
VREF R
+VREF
IREF R
I3 2R
I2 4R
I1 8R
I0
S3
S2
S1
S0
i
设RF=R/2
iF RF
－ uo
+
d3
d2
d1
d0
⒉ 转换原理
i I0d0 I1d1 I2d2 I3d3
VREF 8R
d0
VREF 4R
d1
VREF 2R
d2
VREF R
d3
⒊输出
VREF 23 R
输入
…
uo 或 io
D/A
输出
dn－1
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 )
uo(V)
7
6
2
5
转 换 特
4 3
2 1
性
0
输入为3位二进制数 时的D/A转换特性。
D
000 001 010 011 100 101 110 111
转换特性:指输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。
d0
d1
d2
d3
起相应的VD ，影响工作速度。
③ 各开关动作时间不同，输出可能产生尖脉冲。
如：1000 → 0111的转换：
可能为1000 → 0000→0100→ 0110 → 0111
产生尖脉冲
Uo 1000
0110 0111 0100
t
0000
四、倒T型电阻网络DAC
⒈电路
d0
d1
d2
d3
RF
当d3d2d1d0＝0100
时
VD
1 2
VR 3
当d3d2d1d0＝1000
时
VD
VR 3
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
2R
2R
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
+VR
d0
d1
d2
d3
② d3d2d1d0为任意值时 D点的电压值：
VD
VR 3
d3
VR 23
d2
VR 43
d1
VR 83
d0
VR 23 3
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
+VR
d0
d1
d2
d3
VA
R 2R
R VR
VR 3
VB
R R RVA
VA 2
1 VR 23
同理：
VC
VB 2
1 VR 43
VD
VC 2
1 VR 83
所以，当d3d2d1d0＝0001
时
VD
1 8
VR 3
同理，当d3d2d1d0＝0010
时
VD
1 4
VR 3
二、二进制权电阻网络DAC
来自百度文库⒈电路
+VREF
IREF R
I3 2R
I2 4R
I1 8R
I0
参
S3
S2
S1
S0
iF RF
考
i
电
－
压
uo +
d3
d2
d1
d0
求和 电路
电子开关：d＝1→接“-”;d=0 →接“+” 不论d接哪端（虚地或实地），各支路电流不变。
I0
VREF 8R
I1
VREF 4R
I2
VREF 2R
本章将简单介绍D/A转换器和A/D转换器的几种主要形式。
§1 D/A转换器(DAC)
一、D/A转换器的基本原理和转换特性
1 基
将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相 应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的
本 总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量
原 理
到模拟量的转换。
d0
d1
(23 d3
22 d2
21d1
20 d0 )
VR 23
3
N
B
输出：VO
Rf 2R
VD
Rf 2R
VR 23 3
NB
取Rf＝3R:
VO
VR 24
NB
⒊特点
①开关在电阻网络和
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
2R
2R
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
VR之间。
+VR
②当Si由地→ VR时，需建立
理想的D/A转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。
即：输出模拟电压 uo=Ku×D ;Ku电压转换比例系数. 输出模拟电流 io=Ki×D ;Ki电流转换比例系数， （D :输入二进制数所代表的十进制数。）
如果输入为n位二进制数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为：
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 )
虽然模拟量是无限可分的、连续的，数字量是离散的，数 字量永远也不能精确地描述模拟量，但由于我们对客观世界的 了解、描述并不总需要极高的精度，所以选择适当精度的数字 量来描述模拟量是完全够用的。
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。
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(Analog-to-Digital Converter)；
给定数字量的D/A转换过程：
⑴按权展开，求相应位的模拟量； ⑵相加求和，求总的模拟量；
DAC的一般构成： ⑴电阻网络：实现按权展开； ⑵电子开关: 给定数字量；
存在多种网 络形式。
由晶体管或MOS 管组成。
⑶求和电路: 完成模拟量相加。
由运放组成 。
常见DAC转换方法
二进制权电阻网络DAC 二进制权电流DAC T型电阻网络DAC 倒T型电阻网络DAC
2R
2R
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
+VR
d0
d1
d2
d3
电子开关：d＝1→接“VR”;d=0 →接“地”
⒉ 转换原理 ① VR通过S0到D点
的电压值 S0接VR S1 S2 S3接地
等效电路：
2R A 2R
2R +VR
R B 2R
+VA 2R
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
2R
2R
(d3
23
d2
22
d1
21
d0
20
)
VREF 23 R
NB
uo RF iF
RF R
VREF 23
NB
NB d3 23 d2 22 d1 21 d0 20 给定数字量
RF=R/2
uo
VREF 24
NB
三、T型电阻网络DAC
⒈电路
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
I∑
－ P
uo
+
S0
S1
S2
S3
2R
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3
R
R
R
P’ VR
I'0 D I'1 C I'2 B I'3 A I
注：1、电子开关置于电阻网络和运放之间。 di＝1电流入P点（虚地）， di＝0电流入地（实地）。
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
温控系统中D/A和A/D运用示意 图
第十章 数模和模数转换
第一节 D/A转换器 第二节 A/D 转换器
本章学习要求
概述
计算机系统是一个数字系统、离散系统，而我们生活的外 部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够了解外部世界， 对外部事物进行处理，就必须有一个将模拟量转换为数字量、 将数字量转换为模拟量的接口，这就是常说的 A/D和 D/A。
I3
VREF R
+VREF
IREF R
I3 2R
I2 4R
I1 8R
I0
S3
S2
S1
S0
i
设RF=R/2
iF RF
－ uo
+
d3
d2
d1
d0
⒉ 转换原理
i I0d0 I1d1 I2d2 I3d3
VREF 8R
d0
VREF 4R
d1
VREF 2R
d2
VREF R
d3
⒊输出
VREF 23 R
输入
…
uo 或 io
D/A
输出
dn－1
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 )
uo(V)
7
6
2
5
转 换 特
4 3
2 1
性
0
输入为3位二进制数 时的D/A转换特性。
D
000 001 010 011 100 101 110 111
转换特性:指输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。
d0
d1
d2
d3
起相应的VD ，影响工作速度。
③ 各开关动作时间不同，输出可能产生尖脉冲。
如：1000 → 0111的转换：
可能为1000 → 0000→0100→ 0110 → 0111
产生尖脉冲
Uo 1000
0110 0111 0100
t
0000
四、倒T型电阻网络DAC
⒈电路
d0
d1
d2
d3
RF
当d3d2d1d0＝0100
时
VD
1 2
VR 3
当d3d2d1d0＝1000
时
VD
VR 3
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
2R
2R
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
+VR
d0
d1
d2
d3
② d3d2d1d0为任意值时 D点的电压值：
VD
VR 3
d3
VR 23
d2
VR 43
d1
VR 83
d0
VR 23 3
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
+VR
d0
d1
d2
d3
VA
R 2R
R VR
VR 3
VB
R R RVA
VA 2
1 VR 23
同理：
VC
VB 2
1 VR 43
VD
VC 2
1 VR 83
所以，当d3d2d1d0＝0001
时
VD
1 8
VR 3
同理，当d3d2d1d0＝0010
时
VD
1 4
VR 3
二、二进制权电阻网络DAC
来自百度文库⒈电路
+VREF
IREF R
I3 2R
I2 4R
I1 8R
I0
参
S3
S2
S1
S0
iF RF
考
i
电
－
压
uo +
d3
d2
d1
d0
求和 电路
电子开关：d＝1→接“-”;d=0 →接“+” 不论d接哪端（虚地或实地），各支路电流不变。
I0
VREF 8R
I1
VREF 4R
I2
VREF 2R
本章将简单介绍D/A转换器和A/D转换器的几种主要形式。
§1 D/A转换器(DAC)
一、D/A转换器的基本原理和转换特性
1 基
将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相 应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的
本 总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量
原 理
到模拟量的转换。
d0
d1
(23 d3
22 d2
21d1
20 d0 )
VR 23
3
N
B
输出：VO
Rf 2R
VD
Rf 2R
VR 23 3
NB
取Rf＝3R:
VO
VR 24
NB
⒊特点
①开关在电阻网络和
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
2R
2R
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
VR之间。
+VR
②当Si由地→ VR时，需建立
理想的D/A转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。
即：输出模拟电压 uo=Ku×D ;Ku电压转换比例系数. 输出模拟电流 io=Ki×D ;Ki电流转换比例系数， （D :输入二进制数所代表的十进制数。）
如果输入为n位二进制数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为：
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 )
虽然模拟量是无限可分的、连续的，数字量是离散的，数 字量永远也不能精确地描述模拟量，但由于我们对客观世界的 了解、描述并不总需要极高的精度，所以选择适当精度的数字 量来描述模拟量是完全够用的。
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。
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(Analog-to-Digital Converter)；
给定数字量的D/A转换过程：
⑴按权展开，求相应位的模拟量； ⑵相加求和，求总的模拟量；
DAC的一般构成： ⑴电阻网络：实现按权展开； ⑵电子开关: 给定数字量；
存在多种网 络形式。
由晶体管或MOS 管组成。
⑶求和电路: 完成模拟量相加。
由运放组成 。
常见DAC转换方法
二进制权电阻网络DAC 二进制权电流DAC T型电阻网络DAC 倒T型电阻网络DAC
2R
2R
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
+VR
d0
d1
d2
d3
电子开关：d＝1→接“VR”;d=0 →接“地”
⒉ 转换原理 ① VR通过S0到D点
的电压值 S0接VR S1 S2 S3接地
等效电路：
2R A 2R
2R +VR
R B 2R
+VA 2R
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
2R
2R
(d3
23
d2
22
d1
21
d0
20
)
VREF 23 R
NB
uo RF iF
RF R
VREF 23
NB
NB d3 23 d2 22 d1 21 d0 20 给定数字量
RF=R/2
uo
VREF 24
NB
三、T型电阻网络DAC
⒈电路
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
I∑
－ P
uo
+
S0
S1
S2
S3
2R
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3
R
R
R
P’ VR
I'0 D I'1 C I'2 B I'3 A I
注：1、电子开关置于电阻网络和运放之间。 di＝1电流入P点（虚地）， di＝0电流入地（实地）。