第十一章AD、DA转换器 111概述 随着微机的发展,其应用越来越广泛。目前微机不仅应用于 生产管理、办公室自动化、数据处理、通信、网络等方面,已愈 来愈多地进行实时控制和实时数据处理,即用于控制和检测生产 过程中的各种参数,已达到控制整个生产过程的目的。 生产过程中的各种参数大部分是连续变化的模拟量,需要转 换成离散的数字量(通过A/D转换)才能输入到计算机进行处 理;而计算机处理后的数据为数字量,需经过DA转换变成模拟 量输出,从而实现对被控对象的控制 A/D、D/A转换器是计算机与外界联系的重要接口
第十一章 A/D、D/A转换器 11.1 概述 随着微机的发展，其应用越来越广泛。目前微机不仅应用于 生产管理、办公室自动化、数据处理、通信、网络等方面，已愈 来愈多地进行实时控制和实时数据处理，即用于控制和检测生产 过程中的各种参数，已达到控制整个生产过程的目的。 生产过程中的各种参数大部分是连续变化的模拟量，需要转 换成离散的数字量（ 通过A/D转换 ）才能输入到计算机进行处 理；而计算机处理后的数据为数字量，需经过D/A转换变成模拟 量输出，从而实现对被控对象的控制。 A/D 、D/A转换器是计算机与外界联系的重要接口
计算机控制系统方框图如下 被/:/感「:滤波.多路转 传 AD 放大~换开关 器 控 对 象 计算机系统 :执行 模拟 功放 D/AK 机构卜开关
计算机控制系统方框图如下： 传 感 被 器 控 对 象 滤波 放大 多路转 换开关 A/D 计 算 机 系 功 D/A 统 放 模拟 开关 执行 机构 … … … … …
12数模(D/A)转换器(P391) 定义:数字一模拟转换。把数字信号转换为模拟信号输出的器件 称为数模转换器(简称D/A转换器) 112.1D/A转换器的原理 按转换原理,可将DA转换器分为: 1.权电阻网络DA转换器 组成:权电阻解码网络、基准源V、模拟开关、运放。 R2R S,>S S do a a an-1
11.2 数/模（ D/A ）转换器（P391） 定义：数字—模拟转换。把数字信号转换为模拟信号输出的器件 称为数/模转换器（简称D/A转换器）。 11.2.1 D/A转换器的原理 按转换原理，可将D/A转换器分为： 1．权电阻网络D/A转换器 组成：权电阻解码网络、基准源VR、模拟开关、运放
a=0,开关打向左边,电阻接地;a:=1,开关打向右边,电阻接 VR,经过运算可得: 1 R V。=-A 2 R R 特点:V与Ⅴ极性相反,R可调整输出电压v的范围,制造工艺 简单。 2.T型权电阻网络DA转换器 kⅤR a r R 2 2R 2R 2R 2R 2R R R -.N a1 an-1
ai=0，开关打向左边，电阻接地； ai=1，开关打向右边，电阻接 VR，经过运算可得： 特点：V0与VR极性相反，RF可调整输出电压V0的范围，制造工艺 简单。 2．T型权电阻网络D/A转换器 R F 0 n V R R 2 1 V = −A
组成:T型权电阻解码网络、基准源V、模拟开关、运放 从各节点向右看和向下看的等效电阻都是2R,经向右和向 下的电流一样,经计算可得 R 特点:同权电阻网络D/A转换器。 3.开关树型DA转换器 组成:分压器、树状排列的模拟开关、运放。见下页图 特点:运放接成跟随器,既保证输出电压极性,又可减小负载对 转换特性的影响
组成：T型权电阻解码网络、基准源VR、模拟开关、运放。 从各节点向右看和向下看的等效电阻都是2R，经向右和向 下的电流一样，经计算可得： 特点：同权电阻网络D/A转换器。 3. 开关树型D/A转换器 组成：分压器、树状排列的模拟开关、运放。见下页图 特点：运放接成跟随器，既保证输出电压极性，又可减小负载对 转换特性的影响。 R F 0 V R R V = −A
7/8V S7 S3 6/8VR S8 5/8VR S1 S9 S4 4/8VR S10 3/8VR S11 2/8VR S12 1/8VR S2 S13 S14 S6 a 3 a3 a2a2 al al is12ixV R
R n i 1 2 a V0 = i i V =
4.集成化DA转换器 分类:双极型和CMOS型 电阻网络:离子注入或扩散电阻条、薄膜电阻 离子注入或扩散电阻条:价廉物美,但精度不高; 薄膜电阻:高精度。 特点: 双极型:转换速度快,适合于高速转换的场合。 CMOS型:优点是制造容易、造价低;缺点是转换速度较慢
4. 集成化D/A转换器 分类：双极型和CMOS型 电阻网络：离子注入或扩散电阻条、薄膜电阻 离子注入或扩散电阻条：价廉物美，但精度不高； 薄膜电阻：高精度。 特点： 双极型：转换速度快，适合于高速转换的场合。 CMOS型：优点是制造容易、造价低；缺点是转换速度较慢
1122D/A转换器的性能指标(P393) 1.分辨率 单位数字量(最低位LSB)所对应模拟量增量。即相邻两 个二进制码对应的输出电压之差。 它确定了D/A产生的最小模拟量变化,也可用最低位LSB表 示。如,n位D/A转换器的分辨率为1/2n 2.精度 转换器的实际输出与理论值之差。可分为绝对精度和相对 精度。 绝对精度(绝对误差)指的是在数字输入端加有给定的代码时, 在输出端实际测得的模拟输出值(电压或电流)与应有的理想 输出值之差。一般小于1/2LSB。它是由D/A的增益误差、零点 误差、线性误差和噪声等综合引起的
11.2.2 D/A转换器的性能指标（P393） 1. 分辨率 单位数字量（最低位LSB）所对应模拟量增量。即相邻两 个二进制码对应的输出电压之差。 它确定了D/A产生的最小模拟量变化，也可用最低位LSB表 示。如，n位D/A转换器的分辨率为1/2 n 。 2. 精度 转换器的实际输出与理论值之差。可分为绝对精度和相对 精度。 绝对精度（绝对误差）指的是在数字输入端加有给定的代码时， 在输出端实际测得的模拟输出值（电压或电流）与应有的理想 输出值之差。一般小于1/2 LSB。它是由D/A的增益误差、零点 误差、线性误差和噪声等综合引起的
相对精度指的是满量程值校准以后,任一数字输入的模拟输出 与它的理论值之差。 精度的表示方法:以满量程ⅴFs的百分数或最低有效位(ISB) 的分数形式表示。如:精度为±01%,则最大误差为ⅤFs±01 %,若ⅤFs=10V,则误差为±10mV。n位DAC(D/A转换器芯 片)的精度为±LsB,则最大误差为±0.5×v 2n1° 3.线性误差 D∥A的实际转换特性(各数字输入值所对应的各模拟输出值 之间的连线)与理想的转换特性(始终点连线)之间是有偏差 的,这个偏差就是DA的线性误差。 即两个相邻的数字码所对应的模拟输出值(之差)与一个 SB所对应的模拟值之差。 表示方法:以LSB的分数形式表示。如:±2SB
相对精度指的是满量程值校准以后，任一数字输入的模拟输出 与它的理论值之差。 精度的表示方法：以满量程VFS的百分数或最低有效位（ LSB ） 的分数形式表示。如：精度为±0.1％，则最大误差为VFS ±0.1 ％，若VFS =10V，则误差为±10mV。n位DAC（D/A转换器芯 片）的精度为 ，则最大误差为 。 3. 线性误差 D/A的实际转换特性（各数字输入值所对应的各模拟输出值 之间的连线）与理想的转换特性（始终点连线）之间是有偏差 的，这个偏差就是D/A的线性误差。 即两个相邻的数字码所对应的模拟输出值（之差）与一个 LSB所对应的模拟值之差。 表示方法：以LSB的分数形式表示。如： n FS n 1 VFS 2 I V 2 1 0.5 + = LSB 2 1 LSB 2 1
4.D/A转换器的温度系数 D/A转换器受温度变化的影响。是指在规定的温度范围内, 温度变化1℃时,各误差参数的变化量。分温度系数和增益温 度系数。 5.转换时间Ts(建立时间) D/A转换器输入的数字量发生变化后,其输出模拟量达到 稳定相应值所需要的时间。 超高速:T100μs 6.电源抑制比 满量程电压变化的百分数与电源电压变化的百分数之比。 7.馈送误差 非输入信号通过器件内部电路耦合到D/A输出端造成的输 出误差
4. D/A转换器的温度系数 D/A转换器受温度变化的影响。是指在规定的温度范围内， 温度变化1℃时，各误差参数的变化量。分温度系数和增益温 度系数。 5. 转换时间TS（建立时间） D/A转换器输入的数字量发生变化后，其输出模拟量达到 稳定相应值所需要的时间。 超高速：TS ＜100ns 高速： TS ： 100ns ～ 10μs 中速： TS ： 10μs ～ 100μs 低速： TS ＞ 100μs 6. 电源抑制比 满量程电压变化的百分数与电源电压变化的百分数之比。 7. 馈送误差 非输入信号通过器件内部电路耦合到D/A输出端造成的输 出误差
