回首页第7章 数模与模数转换电路第7章 数模与模数转换电路7.1 D/A7.1 D/A转换器转换器7.2 A/D7.2 A/D转换器转换器Date1西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称 A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为 数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通 模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口 。概述Date2西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路压力, 温度,流量,液位等通过传感 器转变成相应的电压或电流的模 拟信号由DAC转换成模拟量信号 的电压和或电流数字计算机工业控制系统示意图由计算机依次选通， 进入ADC转换成数字量信号经过计算机数据处理， 输出为数字量计算机选择某一执行机构， 去调节控制对象。Date3西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路7.1.1 R-2R倒T形电阻网络DAC基本原理7.1.2 集成D/A转换器AD7520电路结构和应用7.1.3 D/A转换器的主要技术指标7.1 D/A转换器Date4西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路 1、R-2R倒T形电阻网络DAC基本原理图模拟开关S3- S0表示 四位 二进制数四位的二进制数当Di=1表示Si接1,电阻 上通过电流流向I01当Di=0即表示开头接0,流过相 应电阻的电流流向I02到地端各节点向右看的二端网 络的等阻值为R 等效电路为Date5西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路由基准电源VREF供出电流 为:IR=VREF/R因此由节点D分出去的两路支路电流必相等,则有Date6西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路同理可以得出：当DI=1时，表示相应的Ii流向IO1, R-2R倒T形电阻网络D/A转换器Date7西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路运算放大器和T形网络中各支路电阻、反馈电阻组成反 相求和运算电路。可得输出电压为：若取Rf=R,则D/A转换后的输出电压表示为:同理,当Di为n位的二进制数,则相应 R-2R 倒T 形电阻 网络也有n个节点,则D/A转换后的输出电压为:Date8西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路AD7520电路的内部电路结构2、集成D/A转换器AD7520电路结构和应用符 号 图Date9西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路当 R=10k,2R=20k,故RF=10k, 根据公式 则转换后的输出电压为:其中T1-T7构成两个互为 倒相的CMOS反相器。当Di = 1 时,T1导通,T4,T5 为高电平,T6,T7为低电平 ,T8截止,T9导通,Ii 流向I01当D0=0时,T9截止,T8导通,Ii 流向I02起到电流模拟开关 作用。CMOS电流开关Date10西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路应用电路AD7520D/A转换器可用作单极性电压或双极性电压输出1.单极性输出应用电路当D9-D0数码为全1时,其对应的十进制数为:210-1=1023数 码 输 入模拟电压输出AD7520单极性输入与输出关系(1023/1024VREF)D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 U0.(513/1024VREF)(512/1024VREF)(511/1024VREF). .(1/1024VREF)01 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Date11西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路例:AD7520 D/A 转换器组成的DAC电路中,已知VREF=10V,求当 输入数码为37C(H)时，转换成单极输出电压为多大?解:求出37C(H)对应的十进制数37C(H) = (0011 0111 1100)2 = (892)10 = N10故 UO = - VREF/210 。 N10= - 10/1024 892 = - 8.71V单极性输出电路Date12西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路 3、D/A转换器的主要技术指示一、分辨率 分辨率是指对输出最小电压的分辨能力。它是输入数码只有最低有效位为1时的输出电压与输入数码为全1时输出满量程电压之比。可表示为:对于10位 D/A 转换器的分辨率为二、绝对误差绝对误差又称绝对精度,是指当输入数码为全1时所对应实际输出电压与电路理论值之差。三、转换精度一般是指最大的静态误差。它是一个综合性误差，包括基准电的漂移 误差、 运放漂移误差、比例系数误差以及非线性误差等。 Date13西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路模拟电压信号二进制数码A/D转换器直接A/D并联比较型反馈比较型计数型 逐次比较型间接A/D电压-时间变换型(V-T型)双积分型为主电压-频率变换型(V-F型)压控振荡器转换器类型A D C7.2 A/D转换器Date14西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路 A /D 转换的基本原理ADCD0D1Dn-2Dn-1uI模拟输模拟输 入信号入信号n n 位二进制数输出位二进制数输出 D D = = D Dn n-1-1D Dn n-2-2 D D1 1D D0 0 输出数字量 D 正比于输入模拟量 uI 。Date15西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。 保持：保持采样信号，使有充分时间转换为数字信号。 量化：把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的整数倍表示。 编码：把量化的结果用二进制代码表示。A/D 转换的一般步骤 uI(t)量化 编码 电路Dn-1D1D0uI(t)采样保持电路输入模拟量输入模拟量输出数字量输出数字量Date16西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路 集成采样/保持电路LF398(SHM-LM-2)简介模拟电子开关A1为运算放大器, 具有工作速度高 和失调电压低的 特点.LF398电路结构及外部元件连接图运算放大器A2，具有噪 声低和输入阻抗高的特 点。为开关驱动器Date17西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路 集成采样/保持电路LF398(SHM-LM-2)简介LF398电路结构及外部元件连接图当ULUREF+UT 时，S闭合。 当UL0, 所以uO0。S1接通a点积分器对 uI 积分1G开放，CP进入计 数器开始计数。积分器输出为：Date21西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路 第二次积分Qn=1,S1接通b电容有初始电压进行反积分,计数器在Qn=1的基础上,在最低 位Q0=0开始计数.当电压上电容为0,UC=0,封锁了G，计数器停止计数。Date22西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路将T2 = t2 t1 = NTC 及 代入属于 V-T 型 ADC若取 VREF = 2 n 则 N = u I即计数值表示为被转换的输入电压 u I 数值 Date23西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路逐一添加比较，凡砝码总质量小于物体质量的砝码留下， 否则舍去。保留的砝码为 128g + 16g + 4g + 1g = 149g相当于转换的数码为D7D0 = 10010101逐次逼近型A/D转换器被保留的电压相当于天平所称的物体 质量，而所转换的数字量相当于在天平上逐次添加砝码 所保留下来的砝码质量。2、逐次逼近型A/D转换器Date24西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路 逐次逼近型A/D转换器的基本电路比较器C3位D/A转换器数码寄存器环形右移寄存器Date25西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路为了提高ADC转换精度,在输出端加负的偏移电压 = 0.5V, 作为量化误差修正,送入比较器的电压为uO = uO - , 使精度提高一倍。3位D/A转换器输出的相当于砝码值的电压,根据D/A转换器原理可知,若 VREF = 8V, 则3位DAC能分辨的最小电压为S = = 8V = 1V在CP时钟脉冲作用下，QAQE逐个循环产生脉宽与 CP周期相同的节拍脉冲Date26西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路 工作原理设定：5.9V时时转换开始前，先将FF2 FF1、FF0清零。 设 QAQBQCQDQE = 10000 G变为高电平以后，转换开始。Date27西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路Q2 = 1 应保留5.9V10000第一个节拍1003.5V001000Date28西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路Q1 = 1 应保留Q2 = Q1 =1 应保留5.9V第二个节拍1100010005.5V00100Date29西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路Q2 = Q1 =1 应保留5.9V第三个节拍11116.5V00100Q0 =1 不应保留00010Date30西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路5.9V第四个节拍11005.5VQ0 =1 不应保留00010Q2 = Q1 =1 应保留00001打开110Date31西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路5.9V第五个节拍10000被封锁01000Date32西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路由于ADC的电路类型不同，编码方法不同，其指标类型也有所区别。如输出数据为8421编码的BCD码ADC和自然二进制数编码的ADC，它们的转换精度含义和表示方法也不同。现以输出二进制数编码的ADC为例介绍主要技术指标.3、A/D 转换器的主要技术指标Date33西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路1.分辨率ADC的分辨率又称分解度。输出二进制数位越多，转换精度越高，即分辨率越高。 故可用分辨率表示转换精度。2.转换速度转换速度是指转换一次所需的时间，即从转换控制信号发出到有稳 定数字输出为止的一段时间。相对误差可以表示ADC转换的误差。它是指在对应于某一输出数字量情况下，理论输入值与实际输入值之差再与满量程输入值VREF之比,常以 1/2 LSB 所对应的输入值与 VREF之比表示。3.相对误差Date34西华师范大学 岳淼回首页第7章 数模与模数转换电路 应用举例一、 数控电流源在自动控制仪表中，常要求