第九章数模与模数转换电路 91D/A转换器 DA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,然后将这些 模拟量相加,即可得到与数字量成正比的总模拟量,从而实现了数字/模拟 转换。 D1 D/A转换器 V76543210 输入 输出 000001010011100101110111D
第九章 数模与模数转换电路 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，然后将这些 模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字/模拟 转换。 0 1 2 3 4 5 6 7 001 010 011 100 101 110 111 D/A转换器 D D D 0 1 n-1 . . . vo 输入 输出 vo/V 000 D
二.倒T形电阻网络DA转换器(4位) 图中S0~S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) MSB) Do A S2 2R2R1 162R R +VrEf I 8
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
可算出,基准电流F= VREFIR, 则流过各开关支路(从右到左)的电流分别为I2、I4、I8、m/16。 于是得总电流: D。D,D,D2 REF R2423222 x之(D 2) 输出电压: i R REF (D·2) r 2 i=0 将输入数字量扩展到n位,则有: R 1.RF[E(D1·2) R 2ni= 可简写为:wo=-KNg 其中: R KE R
可算出，基准电流 I=VREF/R， 输出电压： 则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。 于是得总电流： 将输入数字量扩展到n位，则有： 可简写为：vO=－KNB 其中： ) 2 2 2 2 ( 1 3 2 2 3 1 4 D0 D D D R V i REF = + + + ( 2 ) 2 3 0 4 i i i REF D R V = = O Rf v i = − ( 2 ) 2 3 0 4 i i i f REF D V R R = − = [ ( 2 )] 2 1 0 i n i i n f REF O D V R R v = − − = n f VREF R R 2 K=
三.权电流型DA转换器 为进一步提高DA转换器的转换精度,可采用权电流型D/A转换器。 (LSB) (MSB) DO DI D3 S3 ○○⊙ 14 I 16 v8 -VREE Vo=lR=RD+D,+ 4 8 D R(D323+D2·2+D2+D2 R∑
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。 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 i i f i f O f f R D I R D D D D I D I D I D I D I v i R R 2 2 ( 2 2 2 2 ) 2 ) 2 4 8 16 ( 3 0 4 0 0 1 1 2 2 3 4 3 3 2 1 0 = = + + + = = + + + =
采用具有电流负反馈的BJT恒流源电路的权电流DA转换器: (MSB) (LSB) R D D2 DO Al R R1 REF T A Y REF IBB 偏置 电流 R 2R 2R 2R 2R 2R R R R
采用具有电流负反馈的BJT恒流源电路的权电流D/A转换器： D D D D (MSB) (LSB) S S S S 3 3 2 2 1 1 0 0 R + A vo i Σ f + A 1 2 16 I I 2 16 I I 4 I 8 I I REF I I I I I E3 E2 E1 E0 EC B B V R 2R 2R 2R R 2R R R 2R EE 偏置 电流 I=IREF= VREF R1 T T T T T T r 3 2 1 0 c R1 VREF VR + VR —
基准电流:VwE=2ls REF R1 由倒T形电阻网络分析可知,IB3=2,lB2=14,lB1=8, I0=/16,于是可得输出电压为 Vo =l>R R,a(D22+D222+D1·2+D2) 2R1 可推得n位倒T形权电流DA转换器的输出电压: o s-REF R D.·2 R,2 ∑
由倒T形电阻网络分析可知，IE3 =I/2，IE2 =I/4，IE1 =I/8， IE0 =I/16，于是可得输出电压为 可推得n位倒T形权电流D/A转换器的输出电压： ( 2 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 3 1 4 REF O = + + + = D D D D R R V v i R f f 基准电流： E3 1 REF REF 2I R V I = = i n i n i f D R R V v 2 2 1 1 0 REF O = − =
四.D/A转换器应用举例 DAC0808是8位权电流型DA转换器,其中D0~D是数字量输入端。 用这类器件构成的D/A转换器时,需要外接运算放大器和产生基准电流 用的电阻R1。 当VE=10V 13 R1=5k、 (LSB)DO_5 14 R15k9 REF R=5k9时, D 15 5kQ 输出电压为: D D3 5ks Ry D4-9DAC08084 R REF D..2 D A 28R1=0 D611 模拟量输出 107 ( MSBD 16 ∑D,2 数字量输入 0.OluF
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。 用这类器件构成的D/A转换器时，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： 5 6 7 8 9 10 11 12 D D D D D D D D 0 1 2 3 4 5 6 7 v O + 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 = = = = 7 0 8 7 0 1 8 2 2 10 2 2 i i i i i i f REF O D D R R V v
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,常用字量的位数 表示DA转换器的分辨率。 此外,也可用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示分辨率, N位DA转换器的分辨率可表示为1/(2n1)。 (2)转换误差 2转换速度 (1)建立时间(tt)—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01uS (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—— 此外，也可用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示分辨率， 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
9.2A转换器 A/D转换的一般步骤和取样定理 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。 CBS LLL VICt) ADC的 (t)量化编码电路 DI DO 数字量输出(n位) ADC 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转换的一般步骤和取样定理 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）