电子技术 数字电路部分 第八章 模数与数模转换器
第8章 数模转换器和模数转换器 电子技术 第八章 模数与数模转换器 数字电路部分
第8章齦模转换器和模数转换銎 第8章模数及数模转换器 81概述 82D/A转换器 83A/D转换器 BACK
第8章 数模转换器和模数转换器 第8章 模数及数模转换器 8.1 概述 8.2 D/A转换器 8.3 A/D转换器
第障章数模转换器和模数转换 8.1概述 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器)简称 A转換器或ADC;能将数字量转换为模拟量的电路称为 数模转换器,简称DA转换器或DAC。ADC和DAC是沟通 模拟电路和数字电路的桥梁,也可称之为两者之间的接口。 模拟传 放大后模 控非电量 放 模拟电 电量 数字勤 数字计算机 数字量 模拟电量执 制 AD 对XxO) 感 大 HD/A 象 (1) 行元件 器
第8章 数模转换器和模数转换器 8.1 概述 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称 A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为 数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通 模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。 控 制 对 象 模 拟 非 电 量 X(t) 传 感 器 模 拟 电 量 u(t) 放 大 器 放 大 后 模 拟 电 量 u(t) A/D 数 字 量D 数 字 计 算 机 数 字 量 D/A 模 拟 电 量 执 行 元 件
第8章齦模转换器和模数转换銎 82 DAC DAC的任务就是将输入数字信号转换为与输入数字量成正比的输 出模拟电流或电压u这一节要求我们熟悉DAC的转换公式及分辨率 的计算。 1、DAC的转化特性 DAC电路的输入是二进制数字信息。(用B表示)其中最低位为B0 和最高位为Bn1,它们的权位分别为2和2n1,则 B=(Bn12n1+Bn2n2+,+B121+B20) 它的输出是与输入数字量成正比列的电压u0或电流,用公式表示为 u(或i=K*B(K为比例常数)
第8章 数模转换器和模数转换器 DAC的任务就是将输入数字信号,转换为与输入数字量成正比的输 出模拟电流i0或电压u0 .这一节要求我们熟悉DAC的转换公式及分辨率 的计算。 1、DAC的转化特性 DAC电路的输入是二进制数字信息。（用B表示）其中最低位为B0 和最高位为Bn-1，它们的权位分别为2 0和2 n-1，则: B=（Bn-12 n-1+Bn-22 n-2+...+B12 1+B02 0 ) 它的输出是与输入数字量成正比列的电压u0或电流i0,用公式表示为: u0 (或i0 )=K*B (K为比例常数) 8.2 DAC
第8章齦模转换器和模数转换銎 2.DA转换器的主要技术指标 1)分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中, 输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态,能给出2n个不同等级的输 岀模拟电压。N越大,分辨率越小,分辨能力越高。 分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输岀电压的比值来表示。 如:10位DA转换器的分辨率为: 001分辨率 LSB 1023 2)转换精度 (1)非线性误差:它是由电子开关导通的电压降和电阻网络电阻值偏差 产生的,常用满刻度的百分数表示。 (2)比例系数误差:它是参考电压UR偏离引起的误差,也用满刻度的百 分数表示。 (3)漂移误差:它是由集成运放漂移产生的误差。增益的改变也会引起 增益误差。 (4)转换时间:也称输出建立时间。它是从输入数字信号时开始,到输 出电压或电流达到稳态值时所需要的时间
第8章 数模转换器和模数转换器 2．D/A 转换器的主要技术指标 1） 分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中， 输出电压能区分2 n个不同的输入二进制代码状态，能给出2 n个不同等级的输 出模拟电压。 N越大，分辨率越小，分辨能力越高。 分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。 如:10位D/A转换器的分辨率为： 2） 转换精度 (1) 非线性误差：它是由电子开关导通的电压降和电阻网络电阻值偏差 (2) 比例系数误差：它是参考电压UR偏离引起的误差，也用满刻度的百 (3) 漂移误差：它是由集成运放漂移产生的误差。增益的改变也会引起 (4) 转换时间：也称输出建立时间。它是从输入数字信号时开始，到输 出电压或电流达到稳态值时所需要的时间。 0.001 1023 1 2 1 1 10 = − 2 1 1 − = = n m LSB U U 分辨率
第障章数模 3、DA转换器的构成 1).二进制权电阻网络DA转换器 REF REF R 2R 4R 8R d2 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端(虚地)还是接到地, 也就是不论输入数字信号是1还是0,各支路的电流不变的。 REF REF REF REF 8R 4R 2R R
第8章 数模转换器和模数转换器 3、 D/A转换器的构成 1)．二进制权电阻网络 D/A转换器 R 2R 4R 8R RF I 1 I I 3 I 2 0 I REF i F i S3 S0 S1 S2 d0 d3 d2 d1 +VREF uo － + R V I R V I R V I R V I REF REF REF REF 0 = 1 = 2 = 3 = 2 4 8 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地， 也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变的
第数模转换器和模数转换器三」 设RF=R2 REF R 2R 4R 8R ld.tdld+l Ed0+d1+-d2+-d3 8R 4R 2R R 2 ∑B2 23(d323+d2·22+d121+d·20) REF R R RE(d223+d222+a121+dn·20 2 2 4 例如,4=8V输入八位一进制数码为1100101,则输出电压为 ×203=6.34V
第8章 数模转换器和模数转换器 R 2R 4R 8R RF I 1 I I 3 I 2 0 I REF i F i S3 S2 S1 S0 d3 d2 d1 d0 +VREF uo － + ( 2 2 2 2 ) 2 8 4 2 0 0 1 1 2 2 3 3 3 0 1 2 3 0 0 1 1 2 2 3 3 = + + + = + + + = + + + d d d d R V d R V d R V d R V d R V i I d I d I d I d REF REF REF REF REF ( 2 2 2 2 ) 2 2 0 0 1 1 2 2 3 o 4 3 = − = − = − d + d + d + d V i R u R i REF F F 设RF=R/2 − = i n i R O B U u 2 2 例如，UR=8V, 输入八位二进制数码为11001011，则输出电压为 uO 203 6.34V 2 8 8 = =
第8章齦模转换器和模数转换銎 2).倒∏型网络DAC R B B 2 O + a 由U向里看的等效 3 2 电阻为R,数码无论 是0还是1,开关Si 都相当于接地。因 此,由U流出的总 2R 2R 2R 2R 2R 2R 电流为=UR/R,而 流入2R支路的电流 是 依2的倍速递减 R R R R 图1R2R倒型网络DAC电路
第8章 数模转换器和模数转换器 2）. 倒T型网络DAC R R R R 2R 2R 2R 2R 2R 2R I 2 n I 2 n－ 1 I 8 I 4 I 2 Sn－ 3 S0 B0 B1 Bn－ 2 Bn－ 3 Bn－ 1 ＋ － ∞ △ A U Rf S1 … Sn－ 2 Sn－ 1 UR … 图 1 R-2R倒T型网络DAC电路 由UR向里看的等效 电阻为R，数码无论 是 0 还是 1，开关Si 都相当于接地。因 此，由UR流出的总 电流为I=UR/R，而 流入2R支路的电流 是依2的倍速递减
3 2R 2R 2R 2R 2R 2R R REF REF REF 3 REF 2R 4 REF 4R REF R REF REF REF 8R 016B16R odo+ld+l2d2+l3d3 81+d2+d3)-k 4 R U RB. 2' REF(d123+d222+dh121+do·2) R R R R 2(a323+d222+d121+do·2°) REFE FF
第8章 数模转换器和模数转换器 R V I I R V I I R V I I R V I I REF REF REF REF REF REF REF REF 16 16 1 8 8 1 4 4 1 2 2 1 1 0 3 2 = = = = = = = = R V I REF REF = ( 2 2 2 2 ) 2 ) 2 1 4 1 8 1 16 1 ( 0 0 1 1 2 2 3 4 3 0 1 2 3 0 0 1 1 2 2 3 3 = + + + = + + + = + + + d d d d R V R V d d d d i I d I d I d I d REF REF ( 2 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 o 4 3 = − = − = − d + d + d + d R V R u R i R i REF F F F F − = = − 1 0 2 2 n i i n i R B U U R R R R 2R 2R 2R 2R 2R 2R I 2 n I 2 n－ 1 I 8 I 4 I 2 S0 Sn－ 3 B0 B1 Bn－ 3 Bn－ 2 Bn－ 1 ＋ － ∞ △ A U Rf S1 … Sn－ 2 Sn－ 1 UR …
第8章齦模转换器和模数转换銎 R端为反馈电阻R的一个引 4集成DAC 出端,另一个引出端和Ⅰo端 连接在一起。 o和lo2为 电流输出1 16 端 U端为基准 O2 REF 15电压输入端 2345678 GND tUpD +U/D端接 13电源的正端 AD7520 12 D0~D9为10个数码控制 位,控制着内部CMOS 图2AD7520引脚图的电流开关
第8章 数模转换器和模数转换器 4 集成DAC 1 I O1 I O2 GND D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 Rf UREF ＋UDD AD7520 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 图 2 AD7520引脚图 D0~D9为10个数码控制 位，控制着内部CMOS 的电流开关。 IO1和IO2为 电流输出 端。 Rf端为反馈电阻Rf的一个引 出端，另一个引出端和IO1端 连接在一起。 UREF端为基准 电压输入端 +UDD端接 电源的正端