第6章 数模和模数转换 课件(共48张PPT)《数字电子技术及应用》（高教版）

(课件网) 第 6 章　数模和模数转换 D/A 转换器 A/D 转换器 本章小结 主要要求： 了解 D/A 转换和 A/D 转换的概念，理解它 们的基本工作原理。 引 言 一、数模和模数转换器的作用 模拟 电量 控制操作 模拟 传感器 生产过程控制对象 数字 量 数字 量 模拟 电量 非电模拟量 A/D 转换器 数字控制计算机 D/A 转换器 执行 元件 由此可见，模拟-数字转换器和数字-模拟转换器是数字系统和模拟系统相互联系的桥梁，是数字系统中不可缺少的组成部分。 　　数模转换是把数字量转换为模拟量的过程。 实现数模转换的电路称为数模转换器。 Digital - Analog Converter，简称 D / A 转换器，或称DAC。 　　模数转换是把模拟量转换为数字量的过程。 实现模数转换的电路称为模数转换器。 Analog - Digital Converter，简称 A / D 转换器，或称ADC。 二、数模和模数转换的概念 6.1 D/A 转换器 主要要求： 理解数模转换的基本原理。 了解常用 D/A 转换器的主要参数。 理解常用 D/A 转换器的电路组成、工作原理、 特点及应用。 　　模拟开关 Si 打向 1 侧时，相应 2R 支路接虚地； 打向 0 侧时，相应 2R 支路接地。故无论开关打向哪 一侧，2R 支路中的电流不变。 S0 + + - △ ∞ uO S1 S2 S3 D3 D2 D1 D0 iΣ RF I I3 I2 I1 I0 VREF 2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 0 1 1 1 1 0 0 0 R R R 6.1.1 R-2R 倒 T 型电阻网络 D/A 转换器 一、电路结构 电流电压转换电路(简称 I/U 转换电路) 倒 T 型电阻网络 模拟开关 从 A、B、C 、D节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 R。 VREF R 因此，由 VREF 流出的总电流 I 是固定不变的，其值为 I = ，并且每经过一个节点，电流被分流一半，从数字量高 位到低位的电流分别为： 、 、 、 。 I3 = I 2 I2 = I 4 I1 = I 8 I0 = I 16 二、 工作原理 故流入求和运算放大器输入端的总电流 iΣ为 iΣ = = I 2 D3+ I 24 VREF 24R ( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 ) = I 8 D1+ I 16 D0 I 4 D2+ ( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 ) 对于 n 位倒 T 形电阻网络 D/A 转换器，则有 故运算放大器的输出电压 uO 为 uO = iF RF= -iΣRF = -RF VREF 24R ( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 ) uO = -RF VREF 2nR ( 2n-1 Dn-1+ 2n-2Dn-2+…+ 21D1+ 20D0 ) 由于倒 T 形电阻网络 D / A 转换器中各支路的电 流恒定不变，直接流入运算放大器的反相输入端，它 们之间不存在传输时间差，因而提高了转换速度。 电路点评： 由于倒 T 型电阻网络中的电阻只有 R 和 2R 两 种，因此这两个电阻可以做到精度很高，提高了转 换精度。又由于各电阻支路都是直接通过电子开关 与求和运算放大器的同相端或反相端相连，在电子 开关切换过程中各电阻支路中的电流不变，减少了 电流建立时间，提高了转换速度，应用广泛。 解：4 位倒T型电阻网络D/A转换器的输出电压为： 波形分析举例 [例] 在倒 T 型电阻网络 D/A 转换器中，设VREF=-10V，R=RF，试分别求出： （1）当输入最小数字量 D3D2D1D0=0001 时，输出 uo 最小值； （2）当输入数字量 D3D2D1D0=1001 时，输出 uo 值； （3）当输入最大数字量 D3D2D1D0=1111时，输出 uo 最大值。 uO = iF RF= -iΣRF = -RF VREF 24R ( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 ) （2）uo=- (23×1+ 22×0+ 21×0+ 20×1) =5.625V （3）uo=UO(max)=- (23×1+ 22×1+ 21×1+ 20×1 ) =9.375V （1）uo=UO(min)=- (23×0+ 22×0+ 21×0+ 20×1 ) =0.625V 6.1.2 D/A 转换器的主要参数 一、分辨率 由此可见，D / A 转换器的位数 n 越多，分辨率 值就越小，能分辨的最小输出电压值也越小。对于一 个 10 位的 D/ A 转换器，分辨率为 0.000 978。 D / A 转换器的最低位有效数字量（00…01）对应输出的模拟电压 ULSB ... ...