數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器習(xí)題解答

1、自我檢測題5.6.高位為A.7.A.8.1 .就實質(zhì)而言，D/A轉(zhuǎn)換器類似于譯碼器,A/D轉(zhuǎn)換器類似于編碼器。2 電壓比較器相當(dāng)于1位A/D轉(zhuǎn)換器。3 . A/D轉(zhuǎn)換的過程可分為采樣、保持、量化、編碼 4個步驟。4 就逐次逼近型和雙積分型兩種A/D轉(zhuǎn)換器而言，雙積分型 的抗干擾能力強,逐次逼近型的轉(zhuǎn)換速度快。A/D轉(zhuǎn)換器兩個最重要的指標是分辨率和轉(zhuǎn)換速度。8位D/A轉(zhuǎn)換器當(dāng)輸入數(shù)字量只有最低位為1時，輸出電壓為0.02V，若輸入數(shù)字量只有最1時，則輸出電壓為 V 。0.039 B . 2.56 C . 1.27 D.都不是D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)有 、轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度。分辨率 B.輸入電阻 C

2、 .輸出電阻 D .參考電壓圖T7.8所示R-2R網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換公式為圖 T7.8A. VoB. Vo =上與£ D2i3247C. VoD. Vo9.解：D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差是一個綜合性的靜態(tài)性能指標，通常以偏移誤差、增益誤差、非線 性誤差等內(nèi)容來描述轉(zhuǎn)換誤差。偏移誤差是指D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量的實際起始數(shù)值與理想起始數(shù)值之差。增益誤差是指實際轉(zhuǎn)換特性曲線的斜率與理想特性曲線的斜率的偏差。D/A轉(zhuǎn)換器實際的包絡(luò)線與兩端點間的直線比較仍可能存在誤差，這種誤差稱為非線性誤差。10. 比較權(quán)電阻型、R-2R網(wǎng)絡(luò)型、權(quán)電流型等 D/A轉(zhuǎn)換器的特點，結(jié)合制造工藝、轉(zhuǎn)換的精度 和轉(zhuǎn)

3、換的速度等方面比較。解：權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器的精度取決于權(quán)電阻精度和外接參考電源精度。 很難保證每個電阻均有很高精度，因此在集成D/A轉(zhuǎn)換器中很少采用。R-2R網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器電阻網(wǎng)絡(luò)中只有 R和2R兩種阻值的電阻，且比值為2。雖然集成電路技 術(shù)制造的電阻值精度不高， 但可以較精確地控制不同電阻之間的比值， 從而使R-2R網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換 器獲得較高精度。權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器可以消除模擬開關(guān)導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的影響。同時可獲得較高的轉(zhuǎn)換速度。11. 2 A模/數(shù)（A/ D）中包括哪些主要部分？它們各起什么作用？ 解：2 A模/數(shù)轉(zhuǎn)換器由1個差分放大器、一個積分器、1個比較器、字濾波器組成。差分放大

4、器：將輸入信號 Vi減去來自1位DAC勺反饋信號得到誤差信號， 積分器：積分器對誤差信號 ve進行積分。電壓比較器：當(dāng)積分器的輸出電壓vg>0V時，輸出VgZ為高電平（邏輯為低電平（邏輯0 ）實際上，該電壓比較器可以看成是1位的DAC由一模擬選擇開關(guān)構(gòu)成。當(dāng)輸入為邏輯 時，把輸出端Vf接地。D/A轉(zhuǎn)換器可能存在哪幾種轉(zhuǎn)換誤差？試分析誤差的特點及其產(chǎn)生誤差的原因。由于其阻值范圍太寬,1個1bit的DAC和數(shù)Ve= Vi Vf。1 ）；當(dāng) Vg< 0V 時，Vg1位的ADC1時，把輸出端Vf接+Vref；當(dāng)輸入為邏輯0在采樣信號CP的作用下，D觸發(fā)器的Q端送出一串行的數(shù)字序列 c。此串

5、行的數(shù)字序列經(jīng)數(shù)字 抽取濾波器濾波，從而獲得并行n位數(shù)字量輸出。12.從精度、逐次逼近型周期，n是位數(shù))工作速度和電路復(fù)雜性比較逐次逼近、并行比較、2-A型A/D轉(zhuǎn)換器的特點。A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)思巧妙，轉(zhuǎn)換速度較快(只需要n+2個CP，所以在集成A/D芯片中用得最多。由于位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換時間越長，因此，分辨率 在14位至16位，速率高于幾 Msps的逐次逼近 ADC非常少見。并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器雖然具有轉(zhuǎn)換速度極高的優(yōu)點，但n位的A/D轉(zhuǎn)換器需要提供2n-1個比較器。2 - A轉(zhuǎn)換器中的模擬部分非常簡單(類似于一個1bit ADC )，而數(shù)字部分要復(fù)雜得多，按照功能可劃分為數(shù)

6、字濾波和抽取單元。由于更接近于一個數(shù)字器件，2-A ADC的制造成本非常低廉。習(xí) 題1 . n位權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器如圖P7.1所示。(1) 試推導(dǎo)輸出電壓 Vo與輸入數(shù)字量的關(guān)系式；Vref= -10V時，如輸入數(shù)碼為20H，試求輸出電壓值。(2) 如 n=8,圖 P7.1解:(1) Vo10(2) VO =x32 =1.25V2562 . 10位R-2R網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器如圖P7.2所示。(1) 求輸出電壓的取值范圍；(2) 若要求輸入數(shù)字量為 200H時輸出電壓Vo=5V，試冋Vref應(yīng)取何值?圖 P7.2解: VO獸 ZDi 込2 i =0(1)輸出電壓范圍0弓Arefi10V(2)

7、Vref =-113x575123.已知R-2R網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器VRe=+5V,試分別求出4位D/A轉(zhuǎn)換器和8位D/A轉(zhuǎn)換器的最大 輸出電壓，并說明這種 D/A轉(zhuǎn)換器最大輸出電壓與位數(shù)的關(guān)系。解：4位D/A轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓：8位D/A轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓 由此可見，最大輸出電壓隨位數(shù)增加而增加，但增加幅度并不大。4 .已知R-2R網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器*e=+5V,試分別求出4位D/A轉(zhuǎn)換器和8位D/A轉(zhuǎn)換器的最小 輸出電壓，并說明這種 D/A轉(zhuǎn)換器最小輸出電壓與位數(shù)的關(guān)系。解：4位D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓8位D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓 位數(shù)越多，最小輸出電壓越小。5 .由555定時器、3

8、位二進制加計數(shù)器、理想運算放大器A構(gòu)成如圖P7.5所示電路。設(shè)計數(shù)器初始狀態(tài)為000,且輸出低電平VOl=0 V，輸出高電平V0hf3.2 V , R為異步清零端，高電平有效。(1) 說明虛框(1)、(2)部分各構(gòu)成什么功能電路?(2) 虛框(3)構(gòu)成幾進制計器？(3) 對應(yīng)CP畫出Vo波形，并標出電壓值。圖 P7.5解：(1)虛框(1)電路為多諧振蕩器，虛框(2)電路為D/A轉(zhuǎn)換器，(2) 虛框(3)為4進制計數(shù)器(3) 利用疊加定理可得 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出表達式為vo=OV；vo= -0.4V ；vo= -0.8V ；vo= -1.2V ；當(dāng) QQQ=000 時，當(dāng) QQQ=001 時，當(dāng)

9、 QQQ=010 時，當(dāng) QQQ=011 時，因此，對應(yīng)CP的Vo波形為：6 .一程控增益放大電路如圖 P7.6所示，圖中D=1時，相應(yīng)的模擬開關(guān) Si 與 VI相接；D=0, S 與地相接。(1) 試求該放大電路的電壓放大倍數(shù) Av =血與數(shù)字量DDDD之間的關(guān)系表達式;VI(2) 試求該放大電路的輸入電阻 R =與數(shù)字量DDDD)之間的關(guān)系表達式。iI圖 P7.6解：(1) Vo =-V|(D3X23 +D2X22X21 +D0X20)(2) i =(D3X23+D2X22+D4 X21+D0X20 )R7 .對于一個8位D/A轉(zhuǎn)換器：(1) 若最小輸出電壓增量 Vlsb為0.02V，試問

10、當(dāng)輸入代碼為01001101時，輸出電壓Vo為多少 伏？試問這一解：輸出電壓:(2)(3)(2) 假設(shè)D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差為1/2LSB ,若某一系統(tǒng)中要求 D/A轉(zhuǎn)換器的精度小于0.25%, d/a轉(zhuǎn)換器能否應(yīng)用？(1)當(dāng)8位D/a轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓增量為0.02V時，輸入代碼為01001101所對應(yīng)的Vo=0.02 (26+23+22+20) =1.54V。8位D/a轉(zhuǎn)換器的分辨率百分數(shù)為：由于D/a轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差為1/2LSB，若要求D/a轉(zhuǎn)換器的精度小于0.25% (精度是轉(zhuǎn)111解：i =Vlsb=1.25V238模擬電平(V)二進制代碼0< Vi < 1.2500

11、01.25 < Vi< 2. 50012. 5 < Vi< 3. 750103.75 < Vi< 5. 00115.0 < Vi< 6. 251006.25 < Vi < 7. 51017. 5 < Vi< 8.7 51108.75 < VI w 10.01119 .一個6位并行比較型A/D變換器，為量化05V電壓，問量化值應(yīng)為多少？共需多少比較 器？工作時是否要取樣保持電路？為什么？解:匕=X5V6464共需要63個比較器。工作時不需要采樣保持器，因為轉(zhuǎn)換速度極快，在轉(zhuǎn)換過程中可認為輸入電壓不變。10. 3位并行比

12、較型 A/D轉(zhuǎn)換器原理圖如圖 P7.12所示?；鶞孰妷?VRef=3.2Vo(1) 該電路采用的是哪種量化方式？其量化誤差為何值？(2) 該電路允許變換的電壓最大值是多少？(3) 設(shè)輸入電壓V=2.213V，問圖中編碼器的相應(yīng)輸入數(shù)據(jù) GC5C4GC2C1C0和輸出數(shù)據(jù)DaDDb各是多少？ 解：(1 )采用4舍5入的量化方式。 Jvref =0.4V o電路的最大量化誤差不大于 丄A=0.2V o8 2(2) 該電路允許變換的電壓最大值為：(3) 當(dāng)輸入電壓為2.213V時，代碼轉(zhuǎn)換器(即編碼器)的輸入數(shù)據(jù)COGC3C2CO=0011111，輸出數(shù)據(jù) D2DD0=101o11.如圖P7.11

13、(a)所示為一 4位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，其4位D/A輸出波形V。與輸入電壓 VI分別如圖P7.11 (b)和(C)所示。(1) 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，圖P7.11 (b)和(C)的輸出數(shù)字量各為多少？(2) 若4位A/D轉(zhuǎn)換器的輸入滿量程電壓 Vfs = 5V,估計兩種情況下的輸入電壓范圍各為多少？vo0vo0tvi圖 P7.11圖(c )輸出的數(shù)字量為1011解：(1)圖(b)輸出的數(shù)字量為0100,(2)V.sb=，且A/D轉(zhuǎn)換器采用只舍不入量化方式。輸出數(shù)字量0100對應(yīng)的電壓范圍為1.252n 16< VIV 1.5625 ;輸出數(shù)字量1011對應(yīng)的電壓范圍為 3.4375 <

14、vi V 3.75 o12.計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器框圖如圖P7.12所示。D/A轉(zhuǎn)換器輸出最大電壓 Voma=5V, V，為輸入模 擬電壓，X為轉(zhuǎn)換控制端，CP為時鐘輸入，轉(zhuǎn)換器工作前 X= 0, R使計數(shù)器清零。已知，VI >Vo時, Vc= 1 ; Vi < Vo 時，Vc= 0。當(dāng) Vi = 1.2V 時，試問(1) 輸出的二進制數(shù) C4DODD)=?(2) 轉(zhuǎn)換誤差為多少？(3) 如何提高轉(zhuǎn)換精度？圖 P7.12解：(1) A/D分辨率即最小量化單位1 2當(dāng) V=1.2V 時， =(7.44)0 D4D3D2D1D0 =(01000S(2) 轉(zhuǎn)換誤差=23 X S-1.2=0.

15、903V(3) 可用兩種措施：增加計數(shù)器位數(shù)采用四舍五入量化，在 D/A輸出加一個負向偏移電壓1/2 Msb。對于n位的計數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器，其最大的轉(zhuǎn)換時間可達 2n-1個時鐘周期。而且計數(shù)器的時鐘頻 率不能太高，以便在每個時鐘周期內(nèi)DAC能建立穩(wěn)定的電壓輸出。因此，計數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器只能用于對轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合。13. 10位雙積分型 D/A轉(zhuǎn)換器的基準電壓 VRe=8V,時鐘頻率fCP為1MHz則當(dāng)輸入電壓 Vi=2V 時，完成A/D轉(zhuǎn)換器所需要的時間。解：第1次積分所需要的時間：T1=1CpX 210=1us X 1024=1024us第2次積分所需要的時間：T2=TcpX 210x 0.25=1us X 256=256us總共需要時間 T=T1+T2=1024+256=1280us14. 雙積分式 A/D如圖P7.14所示。若被測電壓VI(max = 2V,要求分辨率W 0.1mV,貝進制計數(shù)器的計數(shù)總?cè)萘縉應(yīng)大于多需要多少位的二進制計數(shù)器？若時鐘頻率fcp=200kHz,則采樣保持時間為多少？若fcp=200kHz,l VI 1<1