数字电子技术基础数字电子技术基础第10章 数模转换和模数转换10.1 概述概述l自然界中广泛存在的物理量都是模拟量，但随着数字电子技术的发展，很多领域都使用数字技术来处理模拟信号。l典型数字系统结构：如数字调焦系统：光学镜头摄像头算法处理焦距调整电路210.2 D/A转换器（转换器（DAC）lD/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。l输出模拟电压U和输入数字量D之间存在正比关系：U=KDMSBLSB310.2.2 D/A转换器主要电路形式转换器主要电路形式lD/A转换器一般结构：4权电阻网络权电阻网络D/A转换器转换器l数据锁存器：暂时存放数字输入信号；l集成运算放大器：将电流转换为电压输出。l开关Si受Di控制： Di=1时Si与UR接通， Di=0时Si接地；l权电阻Ri阻值选择标准：Ri=2n-1-iR，使各支路电流Ii与Di权值成正比。5权电阻网络权电阻网络D/A转换器（续）转换器（续）6R2R倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器l倒T型电阻网络D/A转换器l集成运算放大器：将电流转换为电压输出，反相输入端虚地。l开关Si无论在任何位置，电阻2R总是接地。l从UR方向向左看过去AA、BB、CC、DD每个端口的等效电阻都是R。l流过2R电阻上的电流不随开关Si位置变化而变化，是恒流。l开关Si控制2R上电流是否流入运算放大器。7R2R倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器（续）转换器（续）810.2.3 D/A转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标l分辨率l转换精度l建立时间910.3 A/D转换器（转换器（ADC）lA/D转换是将模拟信号转换为数字信号。lA/D转换过程一般包括采样、保持、量化和编码四个过程10采样采样l采样是将时间上连续变化的信号转化为时间上离散的信号。将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲幅度取决于物理量。根据采样定理，如果采样频率fs和模拟信号的最高频率fmax满足如下关系：fs2fmax则模拟信号经处理后可以不失真的恢复。11保持保持l模拟信号经采样后，在下一个采样脉冲到来前，要保持现有的样值幅度，以方便转换。V管实现采样，电容C完成保持功能。运放为跟随器，起缓冲隔离作用。12量化和编码量化和编码l输入模拟电压在采样和保持后变为阶梯波。阶梯波幅度仍是一个连续取值的模拟量。l将采样后的样值映射到与之接近的离散电平上，即为量化。l用二进制数码来表示各量化电平的过程称为编码。l量化电平之间的差值（量化间隔）和量化的取舍方法决定了量化值。1310.3.2 A/D转换器的主要电路形式转换器的主要电路形式14计数斜波式计数斜波式A/D转换器转换器l二进制计数器计数，数值通过D/A转换器转换对应的电压UR，与输入电压Ui进行比较，当UR=Ui时停止计数，输出对应数值。15逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器8(1000)11(1011)12(1100)10(1010)11(1011)SAR数码十进制数电压比较结果10008UiUo留110012Ui Uo去101010UiUo留101111Ui=Uo留l逐位逼近寄存器（SAR）从最高位开始，逐位确定各位数码是1还是0，并将对应数制通过D/A转换器转换后与输入电压比较，直到UoUi。16并联比较型并联比较型A/D转换器转换器l将参考电压通过电阻分压器分为多个等级（如：1/16UR, 3/16UR, 13/16UR），分别与输入电压值进行比较，得出大小关系（1或0），再经译码器译码后即可得到对应数值。UINC6C5C4C3C2C1C0D2D1D00UIN1/16UR00000000001/16URUIN3/16UR00000010013/16URUIN5/16UR00000110105/16URUIN7/16UR00001110117/16URUIN9/16UR00011111009/16URUIN11/16UR001111110111/16URUIN13/16UR011111111013/16URUINUR11111111111710.3.3 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标l分辨率l转换速度l相对精度18END19