第九章数/模与模/数转换电路 9D/A转换器 D/A转换器的基本原理 倒T型电阻网络DA转换器 D/A转换器的主要技术指标 92A/D转换器 A/D转换器的基本原理 并行比较型AD转换器 逐次比较型AD转换器 双积分型AD转换器
第九章 数/模与模/数转换电路 9.1 D/A转换器 D/A转换器的基本原理 倒T型电阻网络D/A转换器 D/A转换器的主要技术指标 9.2 A/D转换器 A/D转换器的基本原理 并行比较型A/D转换器 逐次比较型A/D转换器 双积分型A/D转换器
91DA转换器 D/A转换器的基本原理 对于有权码,先将每位代码按其权的大小转换成相应的 模拟量,然后相加,即可得到与数字量成正比的总模拟量, 从而实现数字/模拟转换。 Vo/v D/A转换器 4 输出 输入 000001010011100101110111D
9.1 D/A转换器 一． D/A转换器的基本原理 对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的 模拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量， 从而实现数字/模拟转换。 D/A转换器 D D D 0 1 n-1 . . . vo 输入 输出 0 1 2 3 4 5 6 7 001 010 011 100 101 110 111 vo/V 000 D
二.倒T形电阻网络D/A转换器(4位) 图中S~S3为模拟开关,由输入数码D控制, 当D=1时,S接运算放大器反相输入端(虚地),电流流入求和电路; 当D=0时,S将电阻2R接地 所以,无论S处于何种位置,与S相连的2R电阻均接“地”(地或虚地)。 (LSB R MSB) D A Vo 2RI I 2R2R 2R 2R 16 8 R R
二． 倒T形电阻网络D/A转换器（4位） 所以，无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。 图中S0～S3为模拟开关，由输入数码Di控制， 当Di=1时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路； 当Di=0时，Si将电阻2R接地。 D D D D (LSB) (MSB) S S S S 0 0 1 1 2 2 3 3 R + A vo i Σ f 16 8 2R 2R + V 2R R I 4 R 4 I REF I 8 I I 2R 2R I R I I I 16 2 2
分析计算:基准电流:P=VEF/R, 流过各开关支路(从右到左)的电流分别为I/2、I4、I8、D16。 总电流:iz REF D (4+3+2+1) REF R 2 24×R ∑(D12) 输出电压:"o=-2Rr=-·"n∑(D21) R 2 将输入数字量扩展到n位,则有 =-R2"D2) 可简写为:vo=-KNB 其中:K=.REF R 2 EWB演示—DA转换器
基准电流: I=VREF/R， 流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。 将输入数字量扩展到n位，则有： 可简写为：vO=－KNB ( 2 ) 2 3 0 4 i i i REF D R V = = 输 出 电 压 ： Rf v i O = − ( 2 ) 2 3 0 4 i i i f REF D V R R = − = [ ( 2 )] 2 1 0 O i n i n i f REF D V R R v = − − = ) 2 2 2 2 ( 1 3 2 2 3 1 4 D0 D D D R V i REF 总电流： = + + + n f VREF R R K 2 其中： = 分析计算： EWB演示——D/A转换器
权电流型D/A转换器 为进一步提高D/A转换器的转换精度,可采用权电流型D/A转换器。 图示为一4位权电流D/A转换器原理电路。这组恒流源从高位到 低位电流的大小依次为/2、I/4、I8、6。 sB (MSB) D S3 VREF
三． 权电流型D/A转换器 为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器。 图示为一4位权电流D/A转换器原理电路。这组恒流源从高位到 低位电流的大小依次为I/2、I/4、I/8、I/16。 D D D (LSB) (MSB) S S S S 0 0 1 1 2 2 3 3 R + A vo i Σ f I 2 4 I 8 I 16 I VREF D
四.DA转换器应用举例 DAC0808是8位权电流 型DA转换器,其中 VcC=+5V 13 Do~D1是数字量输入 R15k9 (LSB)DO 端。 D 5k( 15 使用时,需要外接运 D2 D3 算放大器和产生基准 D4-9DAC0808 R 电流用的电阻R1 Ds-10 A 当VREF=10V、 模拟量输出 MSB) D R1=5k9、 数字量输入 R=5k9时, 输出电压为: VEE=-15V REF 10 2°R1 ∑D·2 26 ∑
四. D/A转换器应用举例 DAC0808是8位权电流 型D/A转换器，其中 D0～D7是数字量输入 端。 使用时，需要外接运 算放大器和产生基准 电流用的电阻R1。 当VREF =10V、 R1=5kΩ、 Rf=5kΩ时， 输出电压为： = = = = 7 0 8 7 1 0 O 8 2 2 10 2 2 i i i i i i f REF D D R R V v 5 6 7 8 9 10 11 12 D D D D D D D D 0 1 2 3 4 5 6 7 vO + 5kΩ 5kΩ 5kΩ VREF 0.01μF 13 VC C=+5V VEE=-15V A 数字量输入 模拟量输出 DAC0808 （ LSB） （ MSB） 14 15 2 4 16 3 Rf R1
DAC0808DA转换器输出与输入的关系(设VEF=10V) 数字输入模拟输出 D→D Ds D4 d3 D2 D, D 5 0 0 00000000 VREF\256 0 Rr(25)0.39V RF(2564.96V 10000001 RE 5.039V 255 REF 256 9.96V
DAC0808 D/A转换器输出与输入的关系（ 设VREF =10V）
五.D/A转换器的主要技术指标 1转换精度 (1)分辨率—D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 输入数字量位数越多,分辨率越高。所以,在实际应用中,常用数字量的位 数表示D/A转换器的分辨率。 此外,也可用D/A转换器的最小输出电压(数字量:000000最大输 出电压(数字量:全1)之比来表示分辨率,N位D/A转换器的分辨率可表示 为1/(2n-1) vo=- KNR NB=∑(D 最小vo=-KNg=-K×1 i=0 最大vo=-KNB=-K×(2u1) (2)转换误差比例系数误差、失调误差、非线性误差。 2转换速度 (1)建立时间(tx)—当输入的数字量发生变化时,输出电压变化到相应稳定 电压值所需时间。最短可达01μS。 (2)转换速率(SR)在大信号工作状态下模拟电压的变化率。 3.温度系数在输入不变的情况下,输出模拟电压随温度变化产生的变化量。 般用满刻度输出条件下温度每升高1℃,输出电压变化的百分数作为温度系数
1.转换精度 五． D/A转换器的主要技术指标 （2）转换误差——比例系数误差、失调误差、非线性误差。 此外，也可用D/A转换器的最小输出电压(数字量：00000001)与最大输 出电压(数字量：全1）之比来表示分辨率，N位D/A转换器的分辨率可表示 为 1/（2 n -1）。 2.转换速度 3. 温度系数——在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。 一般用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数作为温度系数。 （2）转换速率（SR）——在大信号工作状态下模拟电压的变化率。 （1）分辨率——D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实际应用中，常用数字量的位 数表示D/A转换器的分辨率。 （1）建立时间（tset）——当输入的数字量发生变化时，输出电压变化到相应稳定 电压值所需时间。最短可达0.1μS。 vO= - KNB 最小 vO= - KNB = - K×1 最大 vO= - KNB = - K×(2 n -1) ( 2 ) 1 0 B i n i N Di = − =
92AD转换器 A/D转换的一般步骤 由于输入的模拟信号在时间上是连续量,所以一般的AD转换过程为 取样、保持、量化和编码。 CPs 几L D VICt) ADC的 VI(t) 量化编码电路 O D DO ADC 工 数字量输出(n位) 取样保持电路 输入模拟电压 取样展宽信号
9.2 A/D转换器 一．A/D转换的一般步骤 由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为： 取样、保持、量化和编码。 CPS S ADC 取样保持电路 ADC的 量化编码电路 . . . D D D n-1 1 0 vI（ t） v（I t） 输入模拟电压 取样展宽信号 数字量输出（n位）
取样—保持电路 电路组成及工作原理(取R=Rp): 当v1为高电平时,T导通,v经R和7向电容C充电。vo=-=vco 当v返回低电平后,T截止。Ch无放电回路,所以vo的数值可被保存下来。 Inn
o o v t I v 二． 取样—保持电路 电路组成及工作原理（取Ri=Rf）: 当vL为高电平时，T导通，vI经Ri和T向电容Ch充电。vO=－vI=vC。 当vL返回低电平后，T截止。Ch无放电回路，所以vO的数值可被保存下来。 R R I v L v T A Ch vo f i t vI o o L v t