概述第

8章數模和模數轉換器

本章小結A/D轉換器D/A轉換器

8.1概述

主要要求：

理解數模和模數轉換器的概念和作用。

一、數模和模數轉換的概念和作用數模轉換即將數字量轉換為模擬電量(電壓或電流)，使輸出的模擬電量與輸入的數字量成正比。實現數模轉換的電路稱數模轉換器

Digital-AnalogConverter，簡稱

D/A轉換器或DAC。

模數轉換即將模擬電量轉換為數字量，使輸出的數字量與輸入的模擬電量成正比。

實現模數轉換的電路稱模數轉換器

Analog-DigitalConverter，簡稱A/D轉換器或ADC。

模擬量數字量模擬量數字量傳感器被控對象

自然界物理量為何要進行數模和模數轉換？二、數模和模數轉換器應用舉例數字信號物理量模擬信號壓力傳感器溫度傳感器流量傳感器四路模擬開關數字控制計算機DAC模擬控制器模擬控制器液位傳感器DACDAC…………模擬控制器模擬控制器生產控制對象

DACADC二、數模和模數轉換器應用舉例主要要求：

了解數模轉換的基本原理。

了解常用D/A轉換器的類型和主要參數。了解R

-2R

倒T形電阻網絡D/A轉換器的電路與工作原理。8.2D/A轉換器一、數模轉換的基本原理

輸出模擬電壓

uO=

D△=(Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020)△可見，uO∝

D，uO的大小反映了數字量

D

的大小。DACD0D1Dn-2Dn-1…uOn

位二進制數輸入模擬電壓輸出一、數模轉換的基本原理LSB—LeastSignificantBit

輸入數字量D=(Dn-1

Dn-2

D1

D0)2

=Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020

△是DAC能輸出的最小電壓值，稱為DAC的單位量化電壓，它等于D

最低位(LSB)為1、其余各位均為0時的模擬輸出電壓(用ULSB

表示)。三、常用

DAC的類型和主要參數

(一)

常用DAC的類型

常用DAC主要有權電阻網絡DAC、

R-2RT形電阻網絡DAC、R-2R

倒T形電阻網絡DAC和權電流網絡DAC。其中，后兩者轉換速度快，性能好，因而被廣泛采用，權電流網絡DAC轉換精度高，性能最佳。

(二)

主要參數1.分辨率

DAC的最小輸出電壓變化量，也即DAC的最小輸出電壓值

表示滿度輸出電壓值，FSR即FullScaleRange指D/A轉換器模擬輸出所能產生的最小電壓變化量與滿刻度輸出電壓之比。

UFSR=uO|D=111=(2n–1)ULSBn位均為1例如，一個10位的DAC，分辨率為0.000978。DAC的位數越多，分辨率值就越小，能分辨的最小輸出電壓值也越小。要獲得較高精度的D/A轉換結果，除了正確選用DAC的位數外，還要選用低漂移高精度的求和運算放大器。

3.

轉換時間指DAC在輸入數字信號開始轉換，到輸出的模擬信號達到穩定值所需的時間。轉換時間越小，轉換速度就越高。2.

轉換精度

指DAC實際輸出模擬電壓與理想輸出模擬電壓間的最大誤差。它是一個綜合指標，不僅與DAC中元件參數的精度有關，而且與環境溫度、求和運算放大器的溫度漂移以及轉換器的位數有關。

通常要求DAC的誤差小于ULSB/2。四、集成DAC應用舉例四、集成DAC應用舉例1.集成DAC簡介常用集成DAC有兩類：一類內部僅含有電阻網絡和電子模擬開關兩部分，常用于一般的電子電路。另一類內部除含有電阻網絡和電子模擬開關外，還帶有數據鎖存器，并具有片選控制和數據輸入控制端，便于和微處理器進行連接，多用于微機控制系統中。

2.8位CMOS集成D/A轉換器CDA7524簡介數據鎖存器20k20k20k20k20kΩ……10k10k10k10k…VDDVREF151213CSWR45611D7

(MSB)D6D5D0

(LSB)S0S1S2S7OUT112316iΣRFBOUT2GND基準電壓輸入端

VREF

可正可負

片選控制端

電源電壓范圍+5V~+15V

8位數據輸入端，其電平與TTL電平兼容。MSB表示最高位，LSB表示最低位。接地端

內部反饋電阻RF

的引出端

兩個輸出端，一般將OUT2

接地，OUT1

接運放反向端。

寫信號控制端

[例]右圖為CDA7524的單極性輸出應用電路。圖中電位器R1

用于調整運放增益，電容

C

用以消除運放的自激。已知ULSB=VREF/256，試求滿度輸出電壓及滿度輸出時所需的輸入信號。CDA752445789106111213D7D6D4D3D2D1D5D0CS314VDD151612VREF=

10V++-△∞OUT1OUT2uOC2kR2R11k15pFWR解：當

D7D6D5D4D3D2D1D0=

11111111

時，輸出為滿度值。uO=-

UFSR

-9.961V。主要要求：了解模數轉換的基本原理。了解A/D轉換器的主要參數。了解常用A/D轉換器。8.3A/D轉換器

一、A/D轉換的基本原理和一般步驟

“[]”表示取整。基本原理ADCD0D1Dn-2Dn-1…uI模擬輸入信號n

位二進制數輸出

D=Dn-1

Dn-2

D1

D0可見，輸出數字量D

正比于輸入模擬量uI。

△稱為ADC的單位量化電壓或量化單位，它是ADC的最小分辨電壓。采樣：把時間連續變化的信號變換為時間離散的信號。

保持：保持采樣信號，使有充分時間轉換為數字信號。

量化：把采樣保持電路的輸出信號用單位量化電壓的

整數倍表示。

編碼：把量化的結果用二進制代碼表示。A/D轉換的一般步驟uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0…uI(t)S采樣保持電路輸入模擬量輸出數字量三、常用

ADC的類型和主要參數

(一)常用ADC的類型常用ADC主要有并聯比較型、雙積分型和逐次逼近型。其中，并聯比較型ADC轉換速度最快，但價格貴；雙積分型ADC精度高、抗干擾能力強，但速度慢；逐次逼近型速度較快、精度較高、價格適中，因而被廣泛采用。指ADC實際輸出數字量與理想輸出數字量之間的最大差值。通常用最低有效位LSB的倍數來表示。

(二)

主要參數2.相對精度(又稱轉換誤差)

指ADC輸出數字量的最低位變化一個數碼時，對應輸入模擬量的變化量。

1.分辨率例如最大輸出電壓為5V的8位ADC的分辨率為：

5V/28=19.6mA分辨率也可用ADC的位數表示。位數越多，能分辨的最小模擬電壓值就越小。例如轉換誤差不大于1/2LSB，即說明實際輸出數字量與理想輸出數字量之間的最大誤差不超過1/2LSB。3.轉換時間轉換速度比較：并聯比較型>逐次逼近型>雙積分型數十ns數十s

數十ms指ADC完成一次轉換所需要的時間，即從轉換開始到輸出端出現穩定的數字信號所需要的時間。轉換時間越小，轉換速度越高。D/A

轉換是將輸入的數字量轉換為與之成正比的模擬電量。常用的

DAC主要有權電阻網絡DAC、R

-2RT形電阻網絡DAC、R

-2R倒T形電阻網絡DAC和權電流網絡DAC。其中，后兩者轉換速度快，性能好，因而被廣泛采用，權電流網絡DAC轉換精度高，性能最佳。本章小結A/D轉換是將輸入的模擬電壓轉換為與之成正比的數字量。常用ADC主要有并聯比較型、雙積分型和逐次逼近型。其中，并聯比較型ADC屬于直接轉換型，其轉換速度最快，但價格貴；雙積分型ADC屬于間接轉換型，其速度慢，但精度高、抗干擾能力強；逐次逼近型也屬于直接轉換型，其速度較快、精度較高、價格適中，因而被廣泛采用。A/D轉換要經過采樣-

保持和量化與編碼兩步實現。采樣-

保持電路對輸入模擬信號抽取樣值，并展寬(保持)；量化是對樣值脈沖進行分級，編碼是將分級后的信號轉換成二進制代碼