第11章数模和模数转换优秀课件

11.1 概述
模－数转换（A/D转换）：将模拟信号转换为数 字信号。实现A/D转换的电路称为A/D转换器，简 写为ADC(Analog-Digital Converter)
数－模转换（D/A转换）：将数字信号转换为模 拟信号。实现D/A转换的电路称为D/A转换器，简 写为DAC(Digital-Analog Converter)
00000000 00000001
例如：对于0 ~ 5V的直流电压，计算机用8 00000010
位数字量来描述时：
00000011
最小值（00000000）B = 0对应0V， 最大值（11111111）B = 255 对应 5V，
00000100
中间值（01111111）B = 127 对应2. 5V …
参考电压
wk.baidu.com 集成运放开环应用： 比较器
集成运放闭环应用： 通过RF接入负反馈，有虚短，V-≈V+=0 求和放大器
vo RFi
vo RFi RF(I3I2I1I0)
I3
VR E R
F
d3
I2
VR E F 2R
d2
I1
VREF 22 R
d1
I0
VR 23
EF
R
d0
取RF=R/2
vo V 2 R 4E (d F 32 3 d 22 2 d 12 1 d 02 0)
n位权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻取为 R/2时，输出电压的计算公式：
v o V 2 R nE (d n F 1 2 n 1 d n 2 2 n 2 . .d .1 2 1 d 0 2 0 )
输出电压的变化范围:
2n 1 0~ 2n VREF
优点：结构简单，所用的电阻元件数很少。
按比例加大发射结的面积
DAC0808电路结构框图
已知VREF=10V
RR 5k RF 5k
voR 2F 8ID nR 2F 8V R RRED Fn1 28D 0n
芯片应用： 倒T形电阻网络D/A转换器 CB7520
10位数字输入，模拟开关采用CMOS电路构成 需外接运放、参考电压；反馈电阻可用内部电阻也可 外接
11.2.3、权电流型D/A转换器
恒流源
恒流源模型：
Ii
VB
VEEVBE REi
只要电路工作时保证VB和VEE稳定不变，则 三极管的集电极电流即可保持恒定，不受开关内 阻的影响。
vo iRF
RF
(I 2
d3
I 22
d2
I 23
d1
I 24
d0)
RFI 24
(d323
d222
d121
d020)
为减少电阻阻值的种类，在实用的权电流型D/A转换器 中，经常利用倒T形电阻网络的分流作用产生一组所需的恒 流源。
典型接法1 反馈电阻使用内部电阻
14 Vdd
v o V 2 R nE (d n F 1 2 n 1 d n 2 2 n 2 . .d .1 2 1 d 0 2 0 )
4
1
5 MSB-1 6 BIT-2
Iout1 2
A
Vo
7 BIT-3
Iout2
8 BIT-4 9 BIT-5
16
10 11 12
等
D/A的任务是接收到一个数字量后， 00001000
给出一个相应的电压。比如收到
…
（00111111）B ，应给出幅度为1.25V 的 01111111
电压。
10000000
…
11111111
0V
1/255×5V=0.02V 2/255×5V=0.04V 3/255×5V=0.06V 4/255×5V=0.08V
n位输入的倒T形电阻网络D/A转换器，当反馈 电阻取为R时，输出电压的计算公式：
v o V 2 R nE (d n F 1 2 n 1 d n 2 2 n 2 . .d .1 2 1 d 0 2 0 )
优点：
（1）只有R和2R两种阻值的电阻，可达到较高的 精度；
（2）各支路电流恒定不变，在开关状态变化时， 不需电流建立时间，所以电路转换速度高，使用 广泛。
K为比例系数
u o d n 1 2 n 1 d o 2 0 U D n U
U称D 为A的 C单位量Dn化 为 1时 电 D ， 压 A输 C， 出的模
DA最 C大输U出 omax 电 2n-1压 U
11.2.1、权电阻网络D/A转换器
电阻网络
求和放大 器
模拟电子开关
…
8/255×5V=0.16V
…
127/255×5V=2.54V 128/255×5V=2.56V
…
5V
n 1
( D ) 2 B n 1 B n 2 B 0 B n 1 2 n 1 B o 2 0 B i 2 i i 0
输出电压或电流
n1
uo(io)KDK Bi2i i0
BIT-6 BIT-7
AD7520Rfb
BIT-8
15
13 BIT-9
VrefIN
LSB-10
缺点：各电阻的阻值相差较大，不能保证有很 高的精度。
11.2.2、倒T形电阻网络D/A转换器
求和放大 器
电阻网络
模拟电子开 关
由于V-≈V+=0,所以开关S合到哪一边，都相当 于接到了“地”电位，流过每条电路的电流始终不
变。可等效为
I VREF R
取RF=R
I VREF R
III I i2d34d28d11d 60
模拟信号 例如：电压、电流、温 度、声音等。 真实的世界是模拟的。
数字信号
计算机控制，自动控制， 数字系统
00000000 ~
11111111
概述
温度
图为一个温度控制系统：
电加热炉
控制 对象
时间
执行机构
传感器 放大器 热电偶
A/D 转换
微型计算机
D/A 转换
11.2 D/A转换器
将数字信号转换为 模拟信号的电路。
=
V2R4 ERF （d3·23+ d2·22 + d1·21 + d0·20）
v o R F i R F V 2 R 4 R ( E d 3 2 F 3 d 2 2 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
vo V 2 R 4E (d F 32 3 d 22 2 d 12 1 d 02 0)
第11章数模和模数转换
教学内容
§11.1 概述 §11.2 D/A转换器 §11.3 A/D转换器
教学要求
1、掌握DAC和ADC的定义及应用； 2、了解DAC的组成、倒T型电阻网络、集 成D/A转换器、转换精度及转换速度； 3、了解ADC组成、逐次逼近型A/D转换器、 积分型A/D转换器、转换精度及转换速度。