电子技术基础 课件 数电 第17章 数模和模数转换.pptx

第17章数模和模数转换

17.1?数模转换在自动检测和自动控制系统中，计算机检测和控制的对象一般是模拟信号，例如速度、压力、流量、温度等，而计算机只能对数字信号进行运算和处理。为了把模拟信号送至计算机，首先把模拟信号变成相应的数字信号；计算机把对输入信号处理和运算后的结果转换成模拟信号送回系统。

17.1?数模转换把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转换器（Analog-DigitalConverter，简称A/D转换器或ADC）把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换，把相应的转换器件称为数-模转换器（Digital-AnalogConverter，简称D/A转换器或DAC）

17.1?数模转换17.1?数模转换把输入数字量转换成与之成比例的输出电压或电流值17.1.1基本转换原理1.D/A转换的基本原理DAC框图

17.1?数模转换DAC输入的n位二进制数字信息Dn(dn-1dn-2…d1d0)，Dn按权展开式为输出电压uO或电流iO式中K为转换比例常数

17.1?数模转换当n=3时，DAC的输出与输入转换特性图，输出为阶梯波。

17.1?数模转换2.电压型DACuO=(dn-12n-1+dn-22n-2+···+d121+d020)U?=DnU?输出电压值U?等于Dn为1时，DAC输出的模拟电压值U?称为DAC的单位量化电压DAC最大的输出电压uOmax=(2n–1)U?

17.1?数模转换一般常见的DAC多是电流输出型为了得到模拟电压输出，后面接一个电流电压转换电路

17.1?数模转换uO=?iFRF模拟电压输出=?iORF输入代码[解]【例1】一8位DAC的最大输出电压为5.10伏，它的单位量化电压为多少？当输入代码，输出电压uO为多少？单位量化电压uO=D8U?=128?0.02=2.56V

17.1?数模转换解出n=12，故应选择12位D/A转换器[例2]如果要对输入二进制数码进行D/A转换，要求输出电压能分辨2.5mV的变化量，最大输出电压要达到10伏。试选择D/A转换器的位数n。[解]根据题目要求2.5mV×(2n－1)≥10V

17.1?数模转换17.1.2.常用转换技术1.权电阻网络DAC电流电压(I/V)转换电路电路组成：电阻网络模拟开关4位权电阻DACdi=1时，对应的模拟开关接通VREFdi=0时，对应的模拟开关接通地图中:

17.1?数模转换4位权电阻DAC由于运算放大器反相输入端为“虚地”权电阻DAC的输出

17.1?数模转换4位权电阻DAC权电阻DAC的特点：结构简单电阻种类太多，不易集成化转换精度低

17.1?数模转换2.倒T型电阻网络DAC倒T形电阻网络、模拟开关和一个电流电压（I/V）转换（1）四位电压输出倒T形电阻网络DAC电路组成倒T型电阻网络DAC是目前较为常用的DAC

17.1?数模转换1)当某位数码di=1时，其相应的模拟开关把该支路接到I/V转换电路的输入端当某位数码di=0时，相应的模拟开关把该支路地由于运算放大器的同相输入端接地，不管数码是0还是1，流过倒形电阻网络各支路的电流不变（2）工作原理

17.1?数模转换2)倒T形电阻网络的等效电路从A、B、C、D分别向左看进去对地等效电阻始终为RI=VREF/R电流

17.1?数模转换各支路电流：I3=I/2I2=I/4I1=I/8I0=I/16

17.1?数模转换当di=1时，相应的权电流输入到运放反相输入端，当di=0时，相应的权电流入地。(3)输出电压

17.1?数模转换同理，n位倒T形电阻网络DAC的输出电压其中，(-RFVREF/2nR)为DAC的单位量化电压

17.1?数模转换c.转换速度高。倒T型电阻网络的优点：a.各权电阻支路都是直接通过模拟开关与运算放大器的反相输入端相连，不存在信号传输延迟问题。b.模拟开关切换过程中，各权电阻支路的电流不变，减小了电流建立时间，并减小了转换过程中的尖峰脉冲。

17.1?数模转换倒T形电阻网络存在的问题：实际的电子开关总存在一定的且不可能完全相同的导通电阻，这些电子开关与倒T形电阻网络的4个2R支路连接时，不可避免地会引入转换误差，影响转化精度。解决问题的方法之一是把倒T形电阻网络中各支路的权电流变为恒流源，这样就构成了权电流网络D/A转换器。

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