第11章 数模与模数转换——讲义_第11章数模与模数转换

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第11章

数-模和模-数转换

【学时分配】

2学时，周二1~2节。

【教学目的与基本要求】

1、熟练掌握A/D与D/A转换的电路结构和工作原理。主要是倒梯形电阻网络、逐次逼近型、双积分A/D转换的工作特点及适用场合。

2、正确理解D/A转换器的主要参数和衡量它们的技术指标。

【教学重点与教学难点】

教学重点：

1、各种D/A转换器的电路结构特点和工作原理；

2、掌握D/A转换器的参数计算和主要性能指标。

3、各种A/D转换器的电路结构特点和工作原理；

4、掌握A/D转换器的参数计算和主要性能指标。教学难点：

权电阻型D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构与工作原理

【教学内容与时间安排】

一、数/模（D/A）和模/数(A/D)转换的概述（约0.4学时）

1、数/模和模/数转换的定义

2、ADC和DAC的两个性能指标

转换速度和转换精度是衡量A/D转换器和D/A转换器性能优劣的主要标志。

3、ADC和DAC的常见类型

常见的D/A转换器有权电阻网络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转换器以及开关树形D/A转换器等几种类型。

常见的A/D转换器可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器，在直接A/D转换器中，输入的模拟电压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，输入的模拟信号首先被转换成某种中间变量，然后再将这个中间变量转换为输出的数字信号。

二、D/A转换器（约0.8学时）

1、权电阻网络D/A转换器

a.电路结构：由数码锁存器、电子开关、权电阻网络及求和电路构成 b.原理：

c.电路输出V0与数字输入成比例关系

d.电路特点：结构比较简单，所用的器件少，缺点是所用的各个电阻组织相差较

大，尤其在输入信号位数较多时，问题更为突出，难以保证每个电阻具有很高的精度，不利于制作集成电路。

2、倒T形电阻网络转换器

a.电路构成：电阻网络中只有R和2R两种阻值。b.原理：

c.电路输出V0与数字输入成比例关系

d.电路特点：倒梯形电阻网络中只有R和2R两种阻值的电阻，这给集成电路的设计和制作带来很大的方便。

e.倒T形电阻网络集成D/A转换器CB7520(AD7520)为10位的输入。

3、D/A转换器的转换精度和转换速度

a.分辨率是用以说明D/A转换器在理论上可达到的精度。其定义是电路所能分辨的最小输出电压于最大输出电压之比，即分辨率=1/(2n-1)上式说明输入数字代码的位数n越多，分辨率越小，分辨能力越高。b.转换速率SR是在大信号工作时，即输入数字量各位由全0变为全1或由全1 变为全0时，输出电压的变化率。

三、A/D转换器的基本原理（约0.8学时）

A/D转换器的功能是将输入的模拟电压转换为与其成比例的输出数字量。一个完整的A/D转换，通常要经过取样-保持、量化和编码等过程。

1、直接A/D转换器 1）并联比较型A/D转换器

a.电路组成：电压比较器、寄存器和代码转换器三部分构成 b.工作原理：

c.电路特点：优点是转换速度快 2）逐次逼近型A/D转换器

a.电路组成：主要有控制逻辑逐次逼近寄存器、D/A转换器、电压比较器和输出

缓冲器等部分组成。b.工作原理：

c.电路特点：因此转换速度快，转换精度高，使目前集成A/D转换器中用得最多的一种电路结构。

2、间接A/D转换器

可分为电压-时间变换（V-T变换）型和电压-频率变换（V-F变换）型。1）电压-时间变换型A/D转换器的原理

a.电路构成：由积分器、过零比较器、时钟控制与门和计数器构成。b.工作原理: c.电路特点：最突出的优点是工作性能比较稳定，输出数字与电路的R、C参数

无关；另一个优点是抗干扰能力较强。

2）电压-频率变换（V-F变换）型A/D转换器的原理

3、A/D转换器的转换速度与转换精度

1）转换精度：A/D转换器中采用分辨率和转换误差来描述转换精度。

2）转换速度：A/D转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型。并联比较型 A/D转换器的转换速度最快，逐次逼近型A/D转换器的转换速度次之，双积

分型A/D转换器的转换速度最慢。

【教学方法与教学手段】

板书与多媒体课件结合讲述；A/D转换器的转换精度与转换速度采用学生自学。

【作业】

P548 11.5 11.11