第11章 ADDA

第八章 DAC和ADC ♫ 优点是结构比较简单； ♫ 缺点是各个电阻的阻值相差较大，难于保证精度，且大 电阻不宜于集成在IC内部。
双级权电阻网络D/A转换器
VREF VREF 7 6 1 0 vo 8 (d 7 2 d 6 2 d1 2 d 0 2 ) n Dn 2 2
第八章 DAC和ADC
第十一章 DAC和ADC
§11-1 概述
§11-2 D/A转换器
§11-3 A/D转换器
§11-4 ADC与DAC应用知识
第八章 DAC和ADC
11.1 概 述
大多数物理量都可以转换为模拟电信号，它们必须经ADC 转换为数字信号后才能送计算机进行处理。同样，计算机输出 的数字信号必须经DAC转换为模拟信号后才能被某些类型的执 行机构所接收。
每个恒流源电流的数值与输入的二进制数对应位的“权”成正比。
第八章 DAC和ADC
恒流源常采用图示结构
VB - Vbe - VEE Ii ≈ REi
为了电流恒定，应当 确保REi两端的电压恒定.
显然: I I I I Vo = i Σ RF = ( d 3 + d 2 + d 1 + d 0 ) RF 2 4 8 16 I • RF = ( 2 3 d 3 + 2 2 d 2 + 21 d 1 + 20 d 0 ) 24
第八章 DAC和ADC S
当 D = 1 时，T2 管 饱和导通，T1 管截止， 则 S 与 a 点通 ； 当 D = 0 时，T1 管饱和导通，T2 管截 止，则 S 被接地 。
前者相当于开关S 接到 “ 1 ” 端 ，后者 则 相当于开关S 接到 “ 0 ”端 。
T1 T2
1
a
电子模拟开关的 简化原理电路
I2 I3
S 3 ~ S 0受数字d 3 ~ d 0 控制
d i 0时，I i 0 d i 1时，I i 流向
第八章 DAC和ADC
设RF=R/2
VREF为正电压时输 出电压vO始终为负 值；要使vO为正， VREF必须取为负值
i I 3 I 2 I1 I 0
输出的模拟电压正 VREF VREF VREF VREF d3 d 2 2 d 1 比于输入的数字量， d0 3 R 2R 2 R 2实现了从数字量到 R VREF 模拟量的转换 3 (d 3 2 3 d 2 2 2 d 1 2 1 d 0 2 0 ) 2 R
VREF n 2 3 R n 1 VREF VREF 2 1 1 0 u o R F i (d1 i n 2 4 2(d 3 2 d 2 2 d 1 2 ) 2 0n) D n n 2 d 1 d0 o 0 n 2 2 2 2
第八章 DAC和ADC
◊ 转换精度和转换速度是衡量A/D转换器和D/A转 换器性能优劣的主要标志。 ◊ 分类
DAC 权电阻网络 倒T型电阻网络 DAC D / A 权电流型 DAC 开关树型 DAC 权电容网络 DAC 并联比较型 直接型 反馈比较型 A / D 间接型V T变换型 V F变换型
第八章 DAC和ADC
5.2 D/A转换器 11.2 D/A转换器
11.2.1 权电阻网络D/A转换器 11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器 11.2.3 权电流型D/A转换器及其应用 11.2.6 具有双极性输出的D/A转换器 11.2.7 D/A转换器的转换精度和转换速度
第八章 DAC和ADC
1 n为被转换的二进制数的位数 分辩率 n 2 1 DAC的位数越高，它的分辨率就越小。分辨率小说明在相同 条件下，输出最小电压小。
第八章 DAC和ADC 2、转换误差 由于DAC的各环节不可避免地存在参数和性能方面的误差， 使得DAC也不可避免地存在误差。转换误差常用输出满刻度 FSR的百分数表示。 例如AD7520的线性误差等于0.05%FSR，就是说转换误差等 于满刻度的万分之五。 有的也用最低有效位的倍数来表示。 如果给出的转换误差等于1/2LSB，就是说输出电压的绝对误 差小于或等于输入只有最低有效位为1时的输出模拟电压的一 半。
R
VREF 4
R
VREF 2
R
VREF
VREF I R
第八章 DAC和ADC
0 1
0 1
0 1
0 1
VREF I R
d i 1时，I i 流入 I I I I i d 3 ( ) d 2 ( ) d1 ( ) d 0 ( ) 2 4 8 16 d i 0时，I i 流入地端 V REF 1 V REF 在分析电阻网络D/A转换器的时候，都把模拟开关当作理想 3 2 1 0 VO Ri R (d 3 2 d 2 2 d 1 2 d 0 2 ) 4 D4 4 开关处理，其实开关导通电阻会影响转换精度。 R 2 2
第八章 DAC和ADC
对n位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电
阻取R/2时，输出电压为：
V REF v o n ( d n 1 2 n 1 d n 2 2 n 2 d 1 2 1 d 0 2 0 ) 2 V REF n Dn 2
2n 1 Dn范围为0 ~ 2 n 1, VO 0 ~ VREF n 2
对应的 输出 +7V +6V +5V +4V +3V +2V +1V 0V
偏移后 的输出 +3V +2V +1V 0V -1V -2V -3V -4V
0
1 1
0
1 1
0
1 0
0
-1 -2
0V
-1V -2V
1
1
0
0
1
0
-3
-4
-3V
-4V
*将符号位反相后接至高位输入 *将输出偏移使输入为100时，输出为 0
第八章 DAC和ADC
集成D/A转换器CB7520(A/D7520)的电路原理图
输入为10位二进制数，采用CMOS电路构成的模拟开关。 使用时需要外接运算放大器。其反馈电阻可以外接也可以 用内设的。
第八章 DAC和ADC
11.2.3 权电流型D/A转换器
开关Si是受数字位di控制的，当di = 0时开关接地，否则，开 关接运放的反相输入端。
当输入数字量是以补码形式输入的正、负数时， 希望输出的模拟电压也相应具有±极性。
一、原理
例：输入为三 位二进制补码。最 高位为符号位，正 数为0，负数为1
补码输入 D2 0 0 0 0 D1 1 1 0 0 D0 1 0 1 0
对应的 十进制数 +3 +2 +1 0
要求的 输出电压 +3V +2V +1V 0V
第八章 DAC和ADC
单片集成 D/A 转换器 DAC0808 的电路结构框图
8位数字量输入端
求和电流输出端
基准电 流发生 电路中 运算放 大器的 反相输 入端和 同相输 入端 负电源输入端
正电 源输 入端
外接 补偿 电容
第八章 DAC和ADC DAC0808 的典型应用
RFቤተ መጻሕፍቲ ባይዱvO n VREF Dn 2 RR
11.2 D/A转换器
D/A 转换器的基本原理和转换特性
D/A转换器的作用是将数字量转换为相应的模拟量。 例如：对于0 ~ 5V的直流电压，计算机用8位数字量来描 述时：最小值（00000000）B = 0对应0V， 最大值（11111111）B = 255 对应 5V， 中间值（01111111）B = 127 对应2. 5V 等等。 D/A的任务是接收到一个数字量后，给出一个相应的 电压。比如收到（00111111）B ，应给出幅度为1.25V 的 电压。
第八章 DAC和ADC 如果增加数码的位数，在权电阻网络D/A转换器的电路中 的电阻数值差别就会加大，IC制造工艺很难确保其精度。
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
第八章 DAC和ADC 运放的反相输入端是“虚地”的，所以不论开关Si合到那一 边，转换网络都可以等效为下面的电路。
R
VREF 8
uo K u (d n 1 2
n 1
dn 2 2
n2
d1 2 d 0 2 )
1 0
第八章 DAC和ADC
11.2 D/A转换器
11.2.1 权电阻网络D/A转换器
求和放 大器
权电阻求 和网络
基准电 源
电子模 拟开关
负反馈放大器： 设A为理想放大器，即AV , i I 0 , RO 0 当接成深度负反馈时，必有V V 0，且i I 0
可计算出在给定参数下输入的数 字量在全0到全1之间变化时，输 出模拟电压的变化范围
第八章 DAC和ADC DAC0808 的典型应用
RF vO n VREF Dn 2 RR
可计算出在给定参数下输入的数 字量在全0到全1之间变化时，输 出模拟电压的变化范围
第八章 DAC和ADC
11.2.6 具有双极性输出的DAC
1
1 1 1
1
1 0 0
1
0 1 0
-1
-2 -3 -4
-1V
-2V -3V -4V
第八章 DAC和ADC
D/A
补码输入 D2 0 0 0 D1 1 1 0 D0 1 0 1
对应的 十进制 +3 +2 +1
要求的 输出 +3V +2V +1V
原码输入 D2 1 1 1 1 0 0 0 0 D1 1 1 0 0 1 1 0 0 D0 1 0 1 0 1 0 1 0