第20讲.数模转换器ppt课件.ppt

《第20讲.数模转换器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、数字电子技术基础第20讲主讲孙霞安徽理工大学电气工程系第10章数模与模数转换器10.1集成数模转换器10.2集成模数转换器10.1数模转换器10.1.1数模转换的基本概念数模转换器的原理框图如图10.1.1所示。其中D（Dn-1Dn-2...D1D0）为输入的n位二进制数，SA为输出的模拟信号（模拟电压UA或模拟电流IA），UREF为实现数/模转换所必需的参考电压（也称基准电压）UREF，它们三者之间满足如下比例关系：SA=KDUREF式中，K为比例系数，不同的DAC有各自不同的K值；D为输入的n位二进制数所

2、对应的十进制数值。(10.1.1)图10.1.1DAC的原理框图如果假设(10.1.2)则式10.1.1可变为(10.1.3)另外必须指出，n位二进制代码有2n种不同的组合，从而对应有2n个模拟电压（或电流）值，所以严格地讲DAC的输出并非真正的模拟信号，而是时间连续、幅度离散的信号。一个n位D/A转换电路的结构框图如图10.1.2所示，它主要由输入数码寄存器、数控模拟开关、电阻解码网络、求和电路、参考电压及逻辑控制电路组成。输入的数字信号可以串行或并行方式输入；数字信号输入后首先存储在输入寄存器内，寄存器并

3、行输出的每一位驱动一个数控模拟开关，使电阻解码网络将每一位数码翻译成相应大小的模拟量，并送给求和电路；求和电路将各位数码所代表的模拟量相加便得到与数字量相对应的模拟量。DAC的核心电路是电阻解码网络，下面将主要介绍电阻解码网络这部分电路的工作原理。图10.1.2D/A转换器的结构框图输入数码寄存器数控模拟开关电阻解码网络求和电路逻辑控制电路参考电压模拟输出n位数字量输入10.1.2常用数模转换技术1.权电阻网络DAC电路图10.1.3所示是4位权电阻网络DAC电路的原理图，该电路由四部分构成：图10.1.

4、3权电阻网络DAC电路原理图①权电阻网络。该电阻网络由四个电阻构成，它们的阻值分别与输入的四位二进制数一一对应，满足以下关系：Ri=2n-1-iR（10.1.4）式中，n为输入二进制数的位数，Ri为与二进制数Di位相对应的电阻值，而2i则为Di位的权值，所以可以看出二进制数的某一位所对应的电阻的大小与该位的权值成反比，这就是权电阻网络名称的由来。例如在图10.1.3中，最高位D3所对应的电阻R3=R。②模拟开关。每一个电阻都有一个单刀双掷的模拟开关与其串联，4个模拟开关的状态分别由4位二进制数码控制。当Di

5、=0时，开关Si打到右边，使电阻Ri接地；当Di=1时，开关Si打到左边，使电阻Ri接UREF。③基准电压源UREF。作为A/D转换的参考值，要求其准确度高、稳定性好。④求和放大器。通常由运算放大器构成，并接成反相放大器的形式。为了简化分析，在本章中将运算放大器近似看成是理想的放大器，即它的开环放大倍数为无穷大，输入电流为零（输入电阻无穷大），输出电阻为零。由于N点为虚地，当Di=0时，相应的电阻Ri上没有电流；当Di=1时，电阻Ri上有电流流过，大小为Ii=UREF/Ri。根据叠加原理，对于任意输入的一

6、个二进制(D3D2D1D0)2，应有(10.1.5)求和放大器的反馈电阻RF=R/2，则输出电压UO为推广到n位权电阻网络DAC电路，可得(10.1.6)(10.1.7)由式10.1.6和式10.1.7可以看出，权电阻网络电路的输出电压和输入数字量之间的关系与式10.1.3的描述完全一致。这里的比例系数K=-1/2n，即输出电压与基准电压的极性相反。权电阻网络DAC电路的优点是结构简单，所用的电阻个数比较少。它的缺点是电阻的取值范围太大，这个问题在输入数字量的位数较多时尤其突出。例如当输入数字量的位数为12

7、位时，最大电阻与最小电阻之间的比例达到2048∶1，要在如此大的范围内保证电阻的精度，对于集成DAC的制造是十分困难的。2.T型电阻网络DAC电路图10.1.4所示为4位T型电阻网络DAC电路的原理图，它克服了权电阻网络DAC电路的缺点，无论DAC有多少位，电阻网络中只有R和2R两种电阻，但电阻的个数却比相同位数的权电阻网络DAC增加了一倍。T型电阻网络DAC电路也由四部分构成，它们是：R-2R电阻网络、单刀双掷模拟开关（S0、S1、S2和S3）、基准电压ＵREF和求和放大器。图10.1.4T型电阻网络D

8、AC电路原理图4个模拟开关由4位二进制数码分别控制，当Di=0时，对应的开关Si打到右边，使与之相串联的2R电阻接地；当Di=1时，开关Si打到左边，使2R电阻接基准电压UREF。该电路在结构上有以下特点：①如果不考虑基准电压源UREF的内阻，那么无论模拟开关的状态如何，从T型电阻网络的节点（P0、P1、P2、P3）向左、向右或向下看的等效电阻都等于2R，则从运算放大器的虚地点N向左看去，T型电阻网