概述9.1D/A轉(zhuǎn)換器9.2A/D轉(zhuǎn)換器退出第9章數(shù)模轉(zhuǎn)換與模數(shù)轉(zhuǎn)換器8/26/20251第一頁(yè)，共三十二頁(yè)。概述能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱(chēng)為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱(chēng)為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。ADC和DAC是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱(chēng)之為兩者之間的接口。8/26/20252第二頁(yè)，共三十二頁(yè)。9.1D/A轉(zhuǎn)換器9.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理9.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器9.1.5D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)退出8/26/20253第三頁(yè)，共三十二頁(yè)。9.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。基本原理8/26/20254第四頁(yè)，共三十二頁(yè)。轉(zhuǎn)換特性D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，是指其輸出模擬量和輸入數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。圖示是輸入為3位二進(jìn)制數(shù)時(shí)的D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性。理想的D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，應(yīng)是輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比。即：輸出模擬電壓uo=Ku×D或輸出模擬電流io=Ki×D。其中Ku或Ki為電壓或電流轉(zhuǎn)換比例系數(shù)，D為輸入二進(jìn)制數(shù)所代表的十進(jìn)制數(shù)。如果輸入為n位二進(jìn)制數(shù)dn-1dn-2…d1d0，則輸出模擬電壓為：8/26/20255第五頁(yè)，共三十二頁(yè)。D/A轉(zhuǎn)換器原理電路不論模擬開(kāi)關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號(hào)是1還是0，各支路的電流不變的。8/26/20256第六頁(yè)，共三十二頁(yè)。設(shè)RF=R/28/26/20257第七頁(yè)，共三十二頁(yè)。9.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器希望用較少類(lèi)型的電阻，仍然能得到一系列權(quán)電流8/26/20258第八頁(yè)，共三十二頁(yè)。RRRR①分別從虛線(xiàn)A、B、C、D處向右看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻都是R。②不論模擬開(kāi)關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號(hào)是1還是0，各支路的電流不變。8/26/20259第九頁(yè)，共三十二頁(yè)。8/26/202510第十頁(yè)，共三十二頁(yè)。8/26/202511第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)。8/26/202512第十二頁(yè)，共三十二頁(yè)。集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用8/26/202513第十三頁(yè)，共三十二頁(yè)。（1）分辨率(理論精度）分辨率用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨率為n位的D/A轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分2n個(gè)不同的輸入二進(jìn)制代碼狀態(tài)，能給出2n個(gè)不同等級(jí)的輸出模擬電壓。分辨率也可以用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來(lái)表示。10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：8/26/202514第十四頁(yè)，共三十二頁(yè)。9.1.5D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)2.轉(zhuǎn)換精度（實(shí)際精度）D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。有時(shí)也用絕對(duì)誤差與輸出電壓滿(mǎn)刻度的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示8/26/202515第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)。誤差分析8/26/202516第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)。8/26/202517第十七頁(yè)，共三十二頁(yè)。3.轉(zhuǎn)換速度（1）建立時(shí)間（2）轉(zhuǎn)換速率（3）溫度系數(shù)8/26/202518第十八頁(yè)，共三十二頁(yè)。本節(jié)小結(jié)：D/A轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)輸出。D/A轉(zhuǎn)換器根據(jù)工作原理基本上可分為二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器和T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器兩大類(lèi)。由于T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器只要求兩種阻值的電阻，因此最適合于集成工藝，集成D/A轉(zhuǎn)換器普遍采用這種電路結(jié)構(gòu)。如果輸入的是n位二進(jìn)制數(shù)，則D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為：8/26/202519第十九頁(yè)，共三十二頁(yè)。9.2A/D轉(zhuǎn)換器9.2.1A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程9.2.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器9.2.3逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器退出8/26/202520第二十頁(yè)，共三十二頁(yè)。9.2.1A/D的一般工作過(guò)程模擬電子開(kāi)關(guān)S在采樣脈沖CPS的控制下重復(fù)接通、斷開(kāi)的過(guò)程。S接通時(shí)，ui(t)對(duì)C充電，為采樣過(guò)程；S斷開(kāi)時(shí)，C上的電壓保持不變，為保持過(guò)程。在保持過(guò)程中，采樣的模擬電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進(jìn)制數(shù)輸出。8/26/202521第二十一頁(yè)，共三十二頁(yè)。t0時(shí)刻S閉合，CH被迅速充電，電路處于取樣階段。由于兩個(gè)放大器的增益都為1，因此這一階段uo跟隨ui變化，即uo＝ui。t1時(shí)刻采樣階段結(jié)束，S斷開(kāi)，電路處于保持階段。若A2的輸入阻抗為無(wú)窮大，S為理想開(kāi)關(guān)，則CH沒(méi)有放電回路，兩端保持充電時(shí)的最終電壓值不變，從而保證電路輸出端的電壓uo維持不變。8/26/202522第二十二頁(yè)，共三十二頁(yè)。2.量化和編碼量化：將數(shù)值連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過(guò)程。量化誤差：當(dāng)采樣電壓不能被Δ整除時(shí)，將引入量化誤差2.編碼：將量化的結(jié)果用代碼表示出來(lái)（二進(jìn)制，二-十進(jìn)制）舍尾取整法四舍五入法8/26/202523第二十三頁(yè)，共三十二頁(yè)。9.2.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器量化8/26/202524第二十四頁(yè)，共三十二頁(yè)。輸入→量化→編碼1111101011000110100010008/26/202525第二十五頁(yè)，共三十二頁(yè)。2、特點(diǎn)*快，CLK觸發(fā)信號(hào)到達(dá)到輸出穩(wěn)定建立只需幾十納秒*精度，受參考電壓、分壓網(wǎng)絡(luò)等因素影響*有存儲(chǔ)器，不需要S/H電路*電路規(guī)模，n位需要2n-1比較器，觸發(fā)器8/26/202526第二十六頁(yè)，共三十二頁(yè)。8/26/202527第二十七頁(yè)，共三十二頁(yè)。轉(zhuǎn)換開(kāi)始前先將所有寄存器清零。開(kāi)始轉(zhuǎn)換以后，時(shí)鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1，使輸出數(shù)字為100…0。這個(gè)數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓uo，送到比較器中與ui進(jìn)行比較。若ui＞uo，說(shuō)明數(shù)字過(guò)大了，故將最高位的1清除；若ui＜uo，說(shuō)明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將這一位保留。然后，再按同樣的方式將次高位置成1，并且經(jīng)過(guò)比較以后確定這個(gè)1是否應(yīng)該保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止。比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。原理框圖基本原理8/26/202528第二十八頁(yè)，共三十二頁(yè)。3位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器8/26/202529第二十九頁(yè)，共三十二頁(yè)。轉(zhuǎn)換開(kāi)始前，先使Q1=Q2=Q3=Q4=0，Q5=1，第一個(gè)CP到來(lái)后，Q1=1，Q2=Q3=Q4=Q5=0，于是FFA被置1，F(xiàn)FB和FFC被置0。這時(shí)加到D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的代碼為100，并在D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端得到相應(yīng)的模擬電壓輸出uo。uo和ui在比較器中比較，當(dāng)若ui＜uo時(shí)，比較器輸出uc=1；當(dāng)ui≥uo時(shí)，uc=0。第二個(gè)CP到來(lái)后，環(huán)形計(jì)數(shù)器右移一位，變成Q2=1，Q1=Q3=Q4=Q5=0，這時(shí)門(mén)G1打開(kāi)，若原來(lái)uc=1，則FFA被置0，若原來(lái)uc=0，則FFA的1狀態(tài)保留。與此同時(shí)，Q2的高電平將FFB置1。第三個(gè)CP到來(lái)后，環(huán)形計(jì)數(shù)器又右移一位，一方面將FFC置1，同時(shí)將門(mén)G2打開(kāi)，并根據(jù)比較器的輸出決定FFB的1狀態(tài)是否應(yīng)該保留。第四個(gè)CP到來(lái)后，環(huán)形計(jì)數(shù)器Q4=1，Q1=Q2=Q3=Q5=0，門(mén)G3打開(kāi)，根據(jù)比較器的輸出決定FFC的1狀態(tài)是否應(yīng)該保留。第五個(gè)CP到來(lái)后，環(huán)形計(jì)數(shù)器Q5=1，Q1=Q2=Q3=Q4=0，F(xiàn)FA、FFB、FFC的狀態(tài)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果，通過(guò)門(mén)G6、G7、G8送出。工作原理8