2006 年 山 东 省 凌 阳 杯 大 学 生 电 子 设 计 竞 赛
转换过程相当于一架天平秤量物体的过程，不过这里不是加减砝码，而是通过DA转换器及寄存器加减标准电压，使标准电压值与被转换电压平衡。 逐次逼近型AD转换既能照顾了转换速度，又具有一定的精度。故而我们选择逐次逼近式A/D转换方案。
AD转换器由以DA转换器为主，故我们要新增DA转换模块的讨论选择。
2.2.3 D/A模块
DA转换器是利用电阻网络和模拟开关，将多位二进制数D转换为与之成比例的模拟量的一种转换电路。因此，输入应是一个n位的二进制数，它可以按二进制数转换为十进制数的通式展开为
Dn?dn?1?2?dn?2?2????d1?2?d0?2 （3） 而输出应当是与输入的数字量成比例的模拟量A A=KDn=K(dn?1?2n?1?dn?2?2n?2????d1?21?d0?20) （4） 式中的K为转换系数。其转换过程是把输入的二进制数中为1的每一位代码，按每位权的大小，转换成相应的模拟量，然后将各位转换以后的模拟量，经求和运算放大器相加，其和便是与被转换数字量成正比的模拟量，从而实现了数模转换。一般的D/A转换器输出A是正比于输入数字量D的模拟电压量。比例系数K为一个常数，单位为伏特。这就是组成D/A转换器的基本指导思想。
电源∑Ii 参考电源 模拟转换 放大器 模拟电 压输出 n?1n?210数字开关控制 数字接口 .... D0 D1 D2 Dn
图6 D/A转换器原理图
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如图6所示， DA转换器由参考电源、数字开关控制、模拟转换、数字接口及放大器组成。其中数字开关与模拟转换部分的电阻解码网络是D/A转换器的核心。
? 多路开关：
多路开关可以分时的选通某个来自多个输入通道的信号。在该系统中待转换的数字量经数字接口控制各位相应的开关，以接通或断开各自的解码电阻，从而 改变标准参考电源经电阻解码网络所产生的总电流，该电流经放大器放大后，输出与数字量相对应的模拟电压。
? 方案一：采用机电开关，如干簧继电器，湿式水银继电器等。机电开关结构简单，在通断指标方面具有近似理想的电气特性，闭合时接触电阻小，而断开接点时阻抗高，工作寿命长，且不受外界环境温度的影响，但是速度、体积方面则不够理想。此外，在簧片和连线间还存在着热电势。
? 方案二：采用集成电路芯片。模拟开关是通过数字量来控制传输门（TG）的接通和断开以传输数字信号或模拟信号的开关。半导体多路开关的特点是： ? 采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排， ? 直接与TTL（或CMOS）电平相兼容 ? 内部带有通道选择译码器 ? 可采用正或负双极性输入
? 转换速度快，通常其道统或关断时间在1μs左右，有些产品已达到几
十到几百纳秒 ? 寿命长，无机械磨损
? 接通电阻低，一般小于几百欧，有的可达几欧 ? 短开电阻高，通常达109欧以上
因为半导体集成电路多路开关具有明显的优点，所以，我们采用集成芯片CD4053三重二通道多路开关。
◆ 电阻解码网络
? 方案一：权电阻解码网络。
权电阻解码网络原理电路见图7所示，这是将n位二进制码转换为电压的网络。它是由权电阻网络、n个模拟开关和1个求和放大器组成。
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RF(R/2)i?2n?1R2n-2RI0S121RI1Sn-220RIn?2Sn-1AIn?1UoS0VREFd0其输出电压为
d1dn-2dn-1图7 权电阻网络DA转换器
由于权电阻解码网络各位的权电阻阻值不同，因而要求电阻的种类较多，制作工艺比较复杂，特别是在集成电路芯片中受到电阻间阻值差异的现实（两个电阻阻值比率超过20：1时，即不能良好的匹配），从而制约了D/A转换器位数的增加（上限为5位）。故我们不采用此种方案。
? 方案二：开关树型解码网络。 开关树型D/A转换器电路由电阻分压器和接成树状的开关网络组成。图8是输入为3位二进制数码的开关树型D/A转换器电路结构图。图中这些开关的状态分别受3位输入代码状态的控制。
Uo??VREF(dn?12n?1?dn?22n?2???d121?d020) (26-2-2)n2 (5)
图8 开关树型D/A转换器
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