《数字电子技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第10章 数模转换和模数转换

第和0章数-模转换和模-数转换 第10章数-模转换和模-数转换 10.1概述 10,2D/转换器DAC 103AD转换器ADC BACK

第10章 数-模转换和模-数转换 第 10 章 数-模转换和模-数转换 10.1 概述 10.2 D/A转换器(DAC) 10.3 A/D转换器(ADC)

第和0章数-模转换和模-数转换 101概述 为了能用数字技术来处理模拟信号,必须把模拟信号转 换成数字信号,才能送入数字系统进行处理。同时,往往还 需把处理后的数字信号转换成模拟信号,作为最后的输出 我们把前一种从模拟信号到数字信号的转换称为模-数转换, 或称为AD( Analog to Digital)转换,把后一种从数字信 号到模拟信号的转换称为D/A( Digital to Analog)转换。同 时,把实现AD转换的电路称为AD转换器( Analog Digital Converter);把实现D/A转换的电路称为D/A转换器 ( Digital Analog Converter)

第10章 数-模转换和模-数转换 10.1 概 为了能用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转 换成数字信号，才能送入数字系统进行处理。同时，往往还 需把处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。 我们把前一种从模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换， A/D（Analog to Digital）转换，把后一种从数字信 号到模拟信号的转换称为D/A（Digital to Analog）转换。同 时，把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（Analog Digital Converter ） ；把实现 D/A 转换的电路称为 D/A 转换器 （Digital Analog Converter）

第和0章数-模转换和模-数转换 在目前常见的DA转换器中,有权电阻网络DA转换 器,倒梯形电阻网络DA转换器等。AD转换器的类型也 有多种,可以分为直接AD转换器和间接A/D转换器两大 类。在直接AD转换器中,输入的模拟信号直接被转换成 相应的数字信号;而在间接AD转换器中,输入的模拟信 号先被转换成某种中间变量(如时间、频率等),然后 再将中间变量转换为最后的数字量

第10章 数-模转换和模-数转换 在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换 器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也 有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大 类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成 相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信 号先被转换成某种中间变量（如时间、 频率等），然后 再将中间变量转换为最后的数字量

第和0章数-模转换和模-数转换 102D/A转换器(DAC) 1021D/A转换器的基本工作原理 D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号, 以电压或电流的形式输出。因此,D/A转换器可以看作是 个译码器。一般常用的线性DA转换器,其输出模拟电压U 和输入数字量D之间成正比关系,即U=KD,式中K为常数 D/A转换器的一般结构如图10-1所示,图中数据锁存器 用来暂时存放输入的数字信号。n位寄存器的并行输出分别 控制n个模拟开关的工作状态。通过模拟开关,将参考电压 按权关系加到电阻解码网络

第10章 数-模转换和模-数转换 10.2 D/A转换器（DAC） 10.2.1 D/A D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号， 以电压或电流的形式输出。因此，D/A转换器可以看作是一 个译码器。一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟电压U 和输入数字量D之间成正比关系，即U=KD，式中K为常数。 D/A转换器的一般结构如图10-1所示， 图中数据锁存器 用来暂时存放输入的数字信号。n位寄存器的并行输出分别 控制n个模拟开关的工作状态。通过模拟开关，将参考电压 按权关系加到电阻解码网络

第和0章数-模转换和模-数转换 D 数据 数字位 电阻 锁存器 模拟开关 解码网络模拟输出 参考电压 图10-1DAC方框图

第10章 数-模转换和模-数转换 图 10-1 DAC方框图

第和0章数-模转换和模-数转换 1022DA转换器的主要电路形式 1.权电阻网络D/A转换器 R=2IR D R=2R 输入数据 数据锁存器 R,=20R 锁存信号 图10-2权电阻DAC

第10章 数-模转换和模-数转换 10.2.2 D/A转换器的主要电路形式 1. 权电阻网络D/A转换器 图 10-2 权电阻DAC

第和0章数-模转换和模-数转换 开关S的位置受数据锁存器输出的数码D控制,当D=1 时,S将电阻网络中相应的电阻R和基准电压U接通;当 D=0时,S将电阻R接地 权电阻网络由n个电阻(20R~2m-R)组成,电阻值的选 择应使流过各电阻支路的电流/和对应D,位的权值成正比。 例如,数码最高位Dn1,其权值为2n1,驱动开关Sn1,连接 的电阻Rn1-2l}=2R;最低位D,驱动开关S,连接的 权电阻为R=21R=2R。因此,对于任意位D,其权值 为2,驱动开关S,连接的权电阻值为R=2n-1R,即位权(i) 越大对应的权电阻值就越小

第10章 数-模转换和模-数转换 开关Si的位置受数据锁存器输出的数码Di控制，当Di =1 时，Si将电阻网络中相应的电阻Ri和基准电压UR接通；当 Di =0时，Si将电阻Ri接地。 权电阻网络由n个电阻（2 0R~2 n-1R）组成，电阻值的选 择应使流过各电阻支路的电流Ii和对应Di位的权值成正比。 例如，数码最高位Dn-1， 其权值为2 n-1 ，驱动开关Sn-1，连接 的电阻Rn-1 =2 n-1-(n-1)=2 0R； 最低位D0，驱动开关S0，连接的 权电阻为R0 =2 n-1-(0)R=2 n-1R。因此，对于任意位Di，其权值 为2 i ，驱动开关Si，连接的权电阻值为Ri =2 n-1-iR，即位权（i） 越大,对应的权电阻值就越小

第和0章数-模转换和模-数转换 集成运算放大器,作为求和权电阻网络的缓冲,主要 是减少输出模拟信号负载变化的影响,并将电流转换为 电压输出。 当D=1时,S将相应的权电阻R=2nR与基准电压U 接通,此时,由于运算放大器负输入端为虚地,该支路 产生的电流为 2n--R2′ 1R R 当D=0时,由于S接地,L=0。因此,对于D位所产生的 电流应表示为 2 D 27--R 2R

第10章 数-模转换和模-数转换 集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲，主要 是减少输出模拟信号负载变化的影响，并将电流转换为 电压输出。 当Di =1时，Si将相应的权电阻Ri =2 n-1-iR与基准电压UR 接通，此时，由于运算放大器负输入端为虚地，该支路 产生的电流为 i n R n i R i R U R U I 2 2 2 −1− −1 = = 当Di =0时，由于Si接地，Ii =0。因此，对于Di位所产生的 电流应表示为 i i n R n i R i D R U R U I 2 2 2 −1− −1 = =

第和0章数-模转换和模-数转换 运算放大器总的输入电流为 ∑1=∑ D2 =0 2R 2R ∑ 运算放大器的输出电压为 R U=-RI ∑ 2Ri= 若R=12R,代入上式后则得 2RD2= B2 ∑ D2 i=0

第10章 数-模转换和模-数转换 运算放大器总的输入电流为    − = − − = − − = = = = 1 0 1 1 0 1 1 0 2 2 2 2 n i i n i R n i i n i R n i i D R U D R U I I 运算放大器的输出电压为  − = − = − = − 1 0 1 2 2 n i i n i f R f D R R U U R I 若Rf=1/2R，代入上式后则得   − = − = − = − = − 1 0 1 0 1 2 2 2 2 n i i n i R n i i n i f R D U D R R U U

第和0章数-模转换和模-数转换 从上式可见,输出模拟电压U的大小与输入二进制数 的大小成正比,实现了数字量到模拟量的转换。 当D=Dn1.D=0时,U=0。 当D=Dn1…,D=11.1时,最大输出电压 2n-1 2 因而U/的变化范围是 0、3 2

第10章 数-模转换和模-数转换 从上式可见，输出模拟电压U的大小与输入二进制数 的大小成正比，实现了数字量到模拟量的转换。 当D=Dn-1…D0 =0时，U=0。 当D=Dn-1…D0=11…1时， 最大输出电压 n R n Vm U 2 2 −1 = − 因而U的变化范围是 n R n U 2 2 1 0 ~ −