电子技术数字电子技术基础第 10 章 数-模转换和模-数转换

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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 10 章 数 - 模转换和模 - 数转换
10.1 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（ An
alog 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
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 10 章 数 - 模转换和模 - 数转换
10.2 D/A 转换器（ DAC ）
10.2.1 D/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 10 章 数 - 模转换和模 - 数转换
图 10-1 DAC 方框图
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 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（ 20R~2n-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 2n-1 ，驱动开
关Sn-1 ，连接的电阻 Rn-1=2n-1-(n-1)=20R； 最低位 D0，驱动
开关 S0，连接的权电阻为 R0=2n-1-(0)R=2n-1R。因此，对于任
意位 Di，其权值为 2i，驱动开关 Si，连接的权电阻值为 Ri
=2n-1-iR，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
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=2n-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
in
R
i
R
U
R
U
I2
22
11
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
in
R
i
D
R
U
R
U
I2
22
11
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
i
n
R
n
i
i
i
n
R
n
i
i
D
R
U
D
R
U
II
运算放大器的输出电压为
1
0
1
2
2
n
i
i
i
n
Rf
f
D
R
UR
IRU
若Rf=1/2R，代入上式后则得
1
0
1
0
1
2
2
2
2
n
i
i
i
n
R
n
i
i
i
n
Rf
D
U
D
R
UR
U
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
R
n
n
m
UV 2
12
因而 U的变化范围是
R
n
n
U
2
12
~0
摘要：

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10.2D/A转换器(DAC)10.3A/D转换器(ADC)第10章数-模转换和模-数转换10.1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A/D（AnalogtoDigital）转换，把后一种从数字信号到模拟信号的转换称为D/A（DigitaltoAnalog）转换。同时，把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（AnalogDigitalCon...

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