10数模与模数转换器

数电课件

第十章

数模与模数转换器

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第十章 数模与模数转换器§10.1 §10.2 概述 D/A转换器

§10.3

A/D转换器

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§10.1 概述数模与模数变换器是计算机与外部 设备的重要接口,也是数字测量和数字控 制系统的重要部件。能将数字量转换为模拟量的装置称为 数/模变换器( 简称D/A转换器 ); 能将模拟 量转换为数字量的装置称为模/数变换器 ( 简称A/D转换器 )。

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A/D转换器、D/A转换器的应用传感器(温度、压 力、流量、 应力等)

放大器

采样/ 保持器

A/D

计算机进行各种 数字处理(如滤 波、计算)、数 据保存、打印等显示器显示字符、 曲线、图形、图 象等

显示器

计算机

打印机

示波器

D/A

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§10.2 D/A 转换器D/A转换器的基本思想 由于构成数字代码的每一位都有 一定的“权重”,因此为了将数字量 转换成模拟量，就必须将每一位代码 按其“权重”转换成相应的模拟量， 然后再将代表各位的模拟量相加，即 可得到与该数字量成正比的模拟量， 这就是D/A变换器的基本思想。

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D/A 转换器D/A转换器原理(1) D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量 4位

8位n= 10位

数字量 n位 D/A

模拟量

0~5V或 0~10V

12位16位

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D/A 功能(续)4位数据: 0000 0V 分辨率: 5V/15=0.333V 1111 5V /每1个最低有效位

8位数据: 00000000

0V

分辨率:5V/255=0.0196V

11111111

5V

/每1个最低有效位

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一. D/A转换器的基本原理 对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应 的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字 量成正比的总模拟量，从而实现了数字/模拟转换。v o/VD0 D1 6 5 4 3 2 1 0 000 001

. . .D n-1 输入

voD/A转换器

010 011 100 101

110 111 D

输出

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1. 倒T形电阻网络D/A转换器(4位)(LSB) D0 D1 D2 (MSB) D3 Rf

i¦ ²A+

vo

S0

S1 I

S2 I

S3

I 2R 2R

I2R 2

2R

2R

16R

8R

4R

+V REF I 16 I 8 I 4 I 2 I

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S

当 D = 1 时，T2 管 饱和导通，T1 管截止， 则 S 与 a 点通 ； 当 D = 0 时，T1 管饱和导通，T2 管截 止，则 S 被接地 。前者相当于开关S 接到 “ 1 ” 端 ，后者 则 相当于开关S 接到 “ 0 ”端 。

T1 T2

aD

电子模拟开关的 简化原理电路

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可算出，基准电流 I=VREF/R,i V REF R ( D0 24

D1 23

D2 22

D3 21

)

V REF 2 R4

i 0

3

(Di 2 )i

输出电压：

v O i R f

Rf R

V REF 24

(Di 0

3

i

2 )i

表明: D/A电路输出模拟电压UO与输入的 数字量D3D2D1D0成正比

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将输入数字量扩展到n位，则有：vO Rf

V REF 2n

R

[ ( D i 2 )]i 0

n 1

i

可简写为：vO=-KNB 其中：

R

K=

f

V REF 2n

R

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为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器。(LSB) D0 D1

2. 权电流型D/A转换器

D2

(MSB) D3

Rf

i¦ ²A+

vo

S0I 16 V REF

S1 I 8

S2 I 4

S3 I 2

v O i R f R f ( I 2 I 24 4

I 2

D3 3

I 4

D2 2

I 8

D1 1

I 16

D0 )0

R f ( D 3 2 D 2 2 D1 2 D 0 2 ) Rf

i 0

3

Di 2

i

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采用具有电流负反馈的BJT恒流源电路的权电流D/A转 Rf 换器： (MSB) (LSB)D3 D2 D1 D0

iΣA1+

vo

V I=IREF = REF R1 R1 VR+

S3 I 2 T3 T2

S2 I 4T1

S1 I 8 T0

S0 I 16Tc

I 16

VREF

Tr A2+

V R—

IREF

IE3

IE2

IE1

IE0

IEC

I BB 偏置 电流

R VEE

2R

2R

2R

2R

2R

R

R

R

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基准电流： I REF

V REF R1

2IE3

由倒T形电阻网络分析可知，IE3=I/2,IE2=I/4, IE1=I/8,IE0=I/16,于是可得输出电压为

v O i R f R f V REF 2 R14

(D 3 2 D 2 2 D1 2 D 0 2 )3 2 1 0

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可推得n位倒T形权电流D/A转换器的输出电压：

vO

V REF R1

R 2

f n

n 1

Di 2

i

i 0