数字电路第8章A-D转换.ppt
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1、第八章 数-模和模-数转换,本章讲授数-模转换(把数字量转换成相应的模拟量和模-数转换(把模拟量转换成相应的模拟量)的基本原理和常见的典型电路。,目的:了解A/D、D/A转换电路的基本工作原理; 掌握A/D、D/A转换电路的基本使用方法;,8.1 概述,权电阻网络D/A转换器; 倒梯形电阻网络D/A转换器; 权电流型D/A转换器; 权电容网络D/A转换器; 开关树型D/A转换器;,D/A转换器类型,A/D转换器类型,直接A/D转换器,并联比较型 反馈比较型,间接A/D转换器,电压时间型(V-T型) 电压频率型(V-F型),8.2 D/A转换器,8.2.1 权电阻网络D/A转换器,结构:图9.2
2、.1 是四位电阻网络D/A转换器,它是由全电阻网络、4个模拟开关和1个求和放大器组成。,求和放大器是一个接成负反馈的运算放大器(近似为理想放大器即输入电阻为无穷大,输出电阻为零),8.2 D/A转换器,8.2.1 权电阻网络D/A转换器,原理:在认为运算放大器输入电流为零的条件下可得到:,V0=RFi = RF(I0+ I1+I2+I3),由于V+=V0 RF=R/2 则得到,,V0=,8.2 D/A转换器,8.2.1 权电阻网络D/A转换器,对于n位的权电阻网络D/A转换器,当反馈电阻取为R/2时,输出电压的计算公式可写成,V0=,=,上式表明,输出的模拟电压正比于输入的数字量,从而实现了从
3、数字量到模拟量的转换。,当 Dn=0 时 V0=0,当Dn=1111时 V0=,V0的最大变化范围是0 ,8.2 D/A转换器,8.2.1 权电阻网络D/A转换器,特点: 电路结构简单 电阻误差大 开关有导通电阻 转换时间短 电压范围,8.2 D/A转换器,8.2.2 倒T型电阻网络D/A转换器,权电阻网络D/A转换器的优点是结构简单,所用电阻元件数目少。缺点是各个电阻的阻值相差较大,尤其位数较多时这个问题就更加突出。为了克服这一缺点,又研制出了倒T形电阻网络D/A转换器。,图8-2-2 倒T形电阻网D/A转换器,原理:由上图可知,因求和放大器反相输入端V-的电位始终接近于零,所以无论开关S3
4、S2S1S0合到哪一边,都相当于接到地电位上,流过每一支路的电流始终不变。因此,可将图8-2-2电阻网等效为图8-2-3。,8.2.2 倒T型电阻网络D/A转换器,图8-2-2 倒T形电阻网络D/A转换器,图8-2-23 倒T形电阻网络支路电流等效电路,8.2.2 倒T型电阻网络D/A转换器,图8-2-2 倒T形电阻网络D/A转换器,如果令di=0时开关Si接地,di=1时Si接V(虚地),可求得I:,输出电压为:,对于n位输入的倒T形电阻网络D/A转换器,输出模拟电压为:,特点: 电路结构简单 电阻误差较小 开关有导通电阻 转换时间短 电压范围,8.2.3 权电流型D/A转换电路,特点: 电
5、路结构较复杂 转换时间短 开关的导通电阻 影响不大 转换电压精度高,8.2.4 开关树型D/A转换电路,特点: 结构简单 转换时间短 电阻单一 对开关内阻要求不高 易于集成,8.2.5 权电容型D/A转换电路,特点: 输出的精度仅与电容的比例有关,与电容的绝对值无关。 输出的稳定度不受开关内阻和参 考电源的影响。 稳态下,电容网络不消耗功 率。 容易集成(cmos可制作电容) 转换时间长 集成度不高,8.2.6 双极性权电阻型D/A转换电路,加偏移电路,使输入为1000时的输出为0,补码的符号位取反,使单极性转换电路通过加入偏移电路,实现双极性转换。,8.2.7 D/A转换器的转换精度与速度,
6、D/A转换的主 要技术指标:,转换精度包括:,转换速度,分辨率、,转换误差,用能分辨的最小电压(LSB)与最大电压(满量程FSR)之比来表示分辨率,由电阻网络、模拟开关、参考电源、运算放大器温漂等环节,造成输出模拟电压存在误差,称其为转换误差 。,输入数字量给出的时刻到输出模拟电压进入稳定值所需要的时间,即所谓的建立时间tset。,8.2.7 D/A转换器的转换精度与速度,转换误差:,绝对误差,相对误差,是指实际输出电压与理想输出电压之间的差值,通常用LSB的多少倍表示,相对误差则是指绝对误差与满量程输出电压(FSR)之间的比值,8.2.8 集成D/A转换器,倒T型网络,模拟地,数字地,八位并
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