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教学要求： 理解 D/A 转换器、 A/D 转换器电路的工作原理； 掌握 D/A 转换器、 A/D 转换器的电路组成； 了解 D/A 转换器、 A/D 转换器的应用。 教学重点： D/A 、 A/D 转换的基本原理，技术指标。 常用的 D/A 、 A/D 器件类型及其特点。 9.1 概述 数模转换是将数字量转换为模拟电量（电流或电压），使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。实现 这种转换功能的电路叫数模转换器（ DAC ）。 模数转换则是将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。实现这种转换功能 的电路称为模数转换器（ ADC ）。
图9.1.1 典型数字系统控制框图 9.2 D/A 转换器 9.2.1 R － 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器
一、 R － 2R 倒 T 形电阻网络的特点及转换原理
图9.2.2 R － 2R 倒 T 形电阻网络的等效电路 流入求和运算放大器的电流为：
这样就实现了数字量到模拟量的转换。 二、求和运算放大器的输出电压
倒 T 形电阻网络由于流过各支路的电流恒定不变，故在开关状态变化时，不需电流建立时间，所以该电路 转换速度高，在数模转换器中被广泛采用。
图9.2.3 CMOS电子模拟开关 9.2.2 D/A 转换器的主要参数 1 ．分辨率 分辨率是指 D/A 转换器模拟输出所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。对于一个 n 位的 D/A 转换器，分辨率可表示为 分辨率与 D/A 转换器的位数有关，位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小。 2 ．转换精度 转换精度是指 D/A 转换器实际输出的模拟电压与理论输出模拟电压的最大误差。通常要求 D/A 转换器 的误差小于 U LSB /2 。 转换时间是指 D/A 转换器在输入数字信号开始转换，到输出的模拟电压达到稳定值所需的时间。转换时 间越小，工作速度就越高。 9.3 A /D 转换器 9. 3.1 A /D 转换的一般步骤 一、采样一保持 采样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程，就是把随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、 在幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串脉冲。 采样定理：为了能不失真地恢复原模拟信号，采样频率应不小于输人模拟信号频谱中最高频率的两倍， 即 ：
图９.３.１基本采样—保持电路 (a)采样—保持电路 (b)采样波形
图９.３.２采样原理图及波形图 (a)采样原理图 (b)波形图 由于 A/D 转换需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样电压值在一段时间内不变，直到下 一次采样开始。这就要在采样后加上保持电路，实际采样一保持是做成一个电路。 二、量化与编码
图９.３.３ 划分量化电平的两种方法 (a)量化误差大 (b)量化误差小 用数字量表示输入模拟电压 的大小时，首先要确定一个单位电压值，然后用 与单位电压值比较，取比 较的整数倍值表示 ，这一过程就是量化。如果这个整倍数值用二进制数表示，就称为二进制编码，它就 是 A/D 转换输出的数字信号。 9.3.2 逐次逼近型 A/D 转换器 讨论关于逐次逼近的思维方式
图9.3.4 逐次逼近型A/D转换器原理图
1 ．分辨率 分辨率是指 A/D 转换器输出数字量的最低位变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量。 2 ．相对精度 相对精度是指 A/D 转换器实际输出数字量与理论输出数字量之间的最大差值。通常用最低有效位 LSB 的倍数来表示。如相对精度不大于 (1/2)LSB ，就说明实际输出数字量与理论输出数字量的最大误差不 超过 (1/2)LSB 。 3 ．转换速度 转换速度是指 A/D 转换器完成一次转换所需要的时间，即从转换开始到输出端出现稳定的数字信号所需 要的时间。 本章小结： 一、 模拟量转换为数字量的过程称为模拟 — 数字转换；完成这种转换的装置称为模拟 — 数字转换器 (Analog to Digital Converter) ，简称为模／数转换器或 ADC 。 二、 常用的 A/D ：逐次逼近比较型 A/D 转换器、双积分型 A/D 转换器 1 ． 逐次逼近比较式 DVM 的准确度由基准电压、 D/A 转换器及比较器的准确度和稳定度所决定。转换时 间是由时钟脉冲频率和输出数码的位数决定。特点是测量速度较快，每秒可达数千次；但对混入被测电 压中的干扰抑制能力较差。 2 ． 双积分式 DVM 的准确度主要取决于比较基准电压的准确度和稳定度，而与积分参数 RC 无关；双积分式 DVM 对串入的对称性交变干扰有很强的抑制能力，但转换速度慢。 三、 数字量转换为模拟量的过程称为数字 — 模拟转换；把完成这种转换的装置称为数字 — 模拟转换器 (Digital to Analog Converter) ，简称为数／模转换器或 DAC 。DAC 的精度主要与变换器中所用元件精 度及稳定性、电路中的噪声及漏电等因素有关。 四、 常用的数 / 模转换有：权电阻 D ／ A 转换器、 R-2R 梯形网络的 D/A 转换器、倒置 R-2R 梯形转换器等。 |
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