文档介绍:第 18 章 数-模转换和模-数转换
概述
D/A转换器(DAC)
A/D转换器(ADC)
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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〔Analog Digital Converter〕;把实现D/A转换的电路称为D/A转换器〔Digital Analog Converter〕。
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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。
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D/A转换器〔DAC〕
D/A转换器的根本工作原理
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18-1所示, 图中数据锁存器用来暂时存放输入的数字信号。n位存放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。
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图 18-1 DAC方框图
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D/A转换器的主要电路形式
1. 权电阻网络D/A转换器
图 18-2 权电阻DAC
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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。
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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
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
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运算放大器总的输入电流为
运算放大器的输出电压为
假设Rf=1/2R,代入上式后那么得
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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
因而U的变化范围是
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