《數字電子技術基礎》（第六版）教學課件

清華大學

電子學教學組

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自動化系郵政編碼：100084電子信箱：wang_hong@第八章

數-模（D/A）和模-數（A/D）轉換8.1概述一、用途及要求傳感器放大器A/D轉換微型計算機控制對象D/A轉換溫度時間！精度！速度電加熱爐熱電偶執行機構三、分類8.2D/A轉換器的電路結構和工作原理D111101…D/AA(電壓

或

電流)

？8.2.1權電阻網絡D/A轉換器一、電路結構和工作原理優缺點：1.優點：簡單2.缺點：電阻值相差大，難于保證精度，且大電阻不宜于集成在IC內部8.2.2倒T形電阻網絡DAC希望用較少類型的電阻，仍然能得到一系列權電流RRRR8.2.6具有雙極性輸出的DAC當輸入數字量有±極性時，希望輸出的模擬電壓也對應為±。一、原理例：輸入為3位二進制補碼。最高位為符號位，正數為0，負數為1補碼輸入對應的十進制要求的輸出D2D1D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4V原碼輸入對應的輸出偏移后的輸出D2D1D0111+7V+3V110+6V+2V101+5V+1V100+4V0V011+3V-1V010+2V-2V001+1V-3V0000V-4V補碼輸入對應的十進制要求的輸出D2D1D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4VD/A*將符號位反相后接至高位輸入

*將輸出偏移使輸入為100時，輸出為01二、電路實現*將符號位反相后接至高位輸入

*將輸出偏移使輸入為100時，輸出為08.3DAC的轉換精度與速度8.3.1轉換精度分辨率（理論精度）用輸入數字量的二進制數碼位數給出n位DAC,應能輸出0~2n-1個不同的等級電壓，區分出輸入的00···0到11···1，2n-1個不同狀態2.轉換誤差（實際精度）用最低有效位的倍數來表示有時也用絕對誤差與輸出電壓滿刻度的百分數來表示誤差分析D111101…A/DA(電壓

或

電流)

？8.4A/D轉換的基本原理

輸入連續變化電壓，輸出為不連

續的數字量二、量化和編碼量化：將采樣電壓表示為最小數量單位（Δ）的整數倍編碼：將量化的結果用代碼表示出來（二進制，二-十進制）量化誤差：當采樣電壓不能被Δ整除時，將引入量化誤差8.5抽樣保持電路！加大輸入電阻！減小輸出電阻！Av=18.6A/D轉換器的電路結構和工作原理

8.6.1并聯比較型A/D轉換器并聯比較型量化輸入→量化→編碼1111101011000110100010002、特點*快，CLK觸發信號到達到輸出穩定建立只需幾十納秒*精度，受參考電壓、分壓網絡等因素影響*有存儲器，不需要S/H電路*電路規模，n位需要2n-1比較器，觸發器8.6.3逐次逼近型A/D轉換器！電路不太復雜！較快100003位：5個CLKN位:(n+2)個CLK8.6.4雙積分型A/D轉換器雙積分型（V-T變換型）先將V轉換成與之成正比的時間寬度信號，然后在這個時間內用固定頻率脈沖計數電路實現8.6.5Σ-Δ型A/D轉換器將兩次相鄰取樣值之差（增量）進行量化和編碼積分器vINT>0時，比較器輸出1，觸發器VO=1積分器vINT≤0時，比較器輸出0，觸發器VO=0vI=0時，電路中各點電壓波形vI=+VREF/4時，電路中各點電壓波形vI=?VREF/4時，電路中各點電壓波形將串行輸出數據流轉換為并行數據輸出8.6.6V-F變換型A/D轉換器8.7ADC的轉換速度與轉換精度一、速度取決于電路結構類型

并聯比較型：<1微秒

逐次漸近型：10~100微秒/次

雙積分型：幾十毫