优选第九章数模和模数转换
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I U REF R
9.2 D/A转换器
故：
I
UREF 24 R
(D323
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D121
D020 )
9.2 D/A转换器
因此输出电压可表示为 ：
9.2 D/A转换器
对于n位的倒T形电阻网络DAC，有 ：
由此可见，输出模拟电压uO与输入数字量D成 正比，实现了数模转换。
9.2 D/A转换器
1.分辨率
分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出
电压之比。
输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最
低位为1，其余各位均为0时的输出电压。
满量程输出电压就是对应于输入数字量全部为1
时的输出电压。
对于n位D/A转换器，分辨率可表示为：
分辨率
1 2n 1
位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就
越小，分辨率就越高。也可用位数n来表示分辨率。
9.2 D/A转换器
组成D/A转换器的基本指导思想：将数字量按 权展开相加，即得到与数字量成正比的模拟量。
n位D/A转换器方框图
D/A转换器的种类很多,主要有： 权电阻网络DAC、 T形电阻网络DAC 倒T形电阻网络DAC、 权电流DAC
9.2 D/A转换器
二、 二进制权电阻DAC
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图9-1 二进制权电阻DAC原理图
9.2 D/A转换器
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9.2 D/A转换器
因此流过四个2R电阻的电流分别为I/2、I/4、 I/8、I/16。电流是流入地，还是流入运算放大器， 由输入的数字量Di通过控制电子开关Si来决定。故 流入运算放大器的总电流为：
I I D3 I D2 I D1 I D0 2 4 8 16
9.2 D/A转换器
由于从UREF向网络看进去的等效电阻是R，因 此从UREF流出的电流为：
9.2 D/A转换器
4. 非线性误差
通常把D/A转换器输出电压值与理想输出电压值 之间偏差的最大值定义为非线性误差。
D/A转换器的非线性误差主要由模拟开关以及 运算放大器的非线性引起。
5. 温度系数
在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化 而变化的量，称为DAC的温度系数。
一般用满刻度的百分数表示温度每升高一度输 出电压变化的值。
二、倒T形电阻网络DAC
双1.向电模路拟组开成关 DD电＝ ＝源10时时组电接 接成路运 地。由放解码网络、模拟开关、求和放求 算大放和器大集和器成基运准
基准参 考电压
R－2R倒T 形电阻解 码网络
9.2 D/A转换器
2. 工作原理 由于集成运算放大器的电流求和点Σ为虚地，
所以每个2R电阻的上端都相当于接地，从网络的A、 B、C点分别向右看的对地电阻都是2R。
9.2 D/A转换器
➢DAC的输入是数字信号。它可以是任何一种编码， 常用的是二进制码。输入可以是正数，也可以是负数， 通常是无符号的二进制数。由于输入数字量的位数是 有限的，所以输出的模拟量也是有限的。例如三位 DAC只能有八个，相应模拟量输出的大小也只有八个 不同值。
9.2 D/A转换器
一、D/A转换基本原理 数/模转换就是将数字量转换成与它成正
9.2 D/A转换器
2. 转换速度
D/A转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟 输出电压所需要的时间称为转换速度。
不同的DAC其转换速度也是不相同的，一般约 在几微秒到几十微秒的范围内。
9.2 D/A转换器
3. 转换精度
转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论 输出的模拟电压值之差。通常用最大误差与满量程 输出电压之比的百分数表示。通常要求D/A转换器 的误差小于ULSB/2。
3、电路特点：
（1）解码网络仅有R和2R两种规格的电阻， 这对于集成工艺是相当有利的；
（2）这种倒T形电阻网络各支路的电流是直 接加到运算放大器的输入端，它们之间不存在传 输上的时间差，故该电路具有较高的工作速度。
因此，这种形式的DAC目前被广泛的采用。
9.2 D/A转换器
三、 DAC的主要技术参数
比的模拟量。
数字量： (D3D2D1D0)2＝(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10 (1101) 2 ＝(1×23＋1×22＋Fra Baidu bibliotek×21＋1×20)10
模拟量： uo＝K(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10 uo＝K(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10
(K为比例系数)
第9章
优选第九章数模和模数转换
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9.1 概述
➢将模拟量转换为数字量的过程称为模/数转换简称 A/D转换。实现A/D转换的电路被称之为模/数转换器， 简称ADC（Analog to Digital Converter）。 ➢ADC转换所得到的数字信号经计算机处理，其输出 仍为数字信号。而过程控制装置往往需要模拟信号去 控制，所以经计算机处理后得到的数字信号必须转换 为模拟信号。把数字量转换为模拟量的过程称作数/模 转换器，简称DAC（Digital to Analog Converter）。
例如，某D/A转换器满量程输出电压为10V，如 果 误 差 为 1% ， 就 意 味 着 输 出 电 压 的 最 大 误 差 为 ±0.1V。百分数越小，精度越高。
转换精度是一个综合指标，包括零点误差、增益 误差等，它不仅与D/A转换器中元件参数的精度有 关，而且还与环境温度、集成运放的温度漂移以及 D/A转换器的位数有关。
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9.2 D/A转换器
➢权电阻DAC的优点是简单直接，但当位数较多时， 电阻的值域范围太宽。这就使得阻值种类太多，制 成集成电路困难；对高位权电阻的精度和稳定性要 求很苛刻，这是因为各位电阻值与二进制数位成反 比，高位权电阻的误差对输出电流的影响比低位权 电阻大得多。
9.2 D/A转换器
9.2 D/A转换器
例: 若DAC的最大输出电压为10V，要想使转换误 差在10mV以内，应选多少位DAC？
解：要想转换误差在10mV以内，就必须能分辨出 10mV电压。就是说分辨率必须小于10/（10×103） =1/1000。根据分辨率可以表示DAC的精度这一结 论，至少需要10位DAC，若考虑其它因素，需选12 位DAC。
9.2 D/A转换器
故：
I
UREF 24 R
(D323
D22 2
D121
D020 )
9.2 D/A转换器
因此输出电压可表示为 ：
9.2 D/A转换器
对于n位的倒T形电阻网络DAC，有 ：
由此可见，输出模拟电压uO与输入数字量D成 正比，实现了数模转换。
9.2 D/A转换器
1.分辨率
分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出
电压之比。
输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最
低位为1，其余各位均为0时的输出电压。
满量程输出电压就是对应于输入数字量全部为1
时的输出电压。
对于n位D/A转换器，分辨率可表示为：
分辨率
1 2n 1
位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就
越小，分辨率就越高。也可用位数n来表示分辨率。
9.2 D/A转换器
组成D/A转换器的基本指导思想：将数字量按 权展开相加，即得到与数字量成正比的模拟量。
n位D/A转换器方框图
D/A转换器的种类很多,主要有： 权电阻网络DAC、 T形电阻网络DAC 倒T形电阻网络DAC、 权电流DAC
9.2 D/A转换器
二、 二进制权电阻DAC
RF
_
iI
A +
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20R
21R
22R
23R
S3
S2
S1
S0
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a3
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图9-1 二进制权电阻DAC原理图
9.2 D/A转换器
iI
a3
VREF 20 R
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VREF 21 R
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VREF 22 R
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VREF 23 R
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9.2 D/A转换器
因此流过四个2R电阻的电流分别为I/2、I/4、 I/8、I/16。电流是流入地，还是流入运算放大器， 由输入的数字量Di通过控制电子开关Si来决定。故 流入运算放大器的总电流为：
I I D3 I D2 I D1 I D0 2 4 8 16
9.2 D/A转换器
由于从UREF向网络看进去的等效电阻是R，因 此从UREF流出的电流为：
9.2 D/A转换器
4. 非线性误差
通常把D/A转换器输出电压值与理想输出电压值 之间偏差的最大值定义为非线性误差。
D/A转换器的非线性误差主要由模拟开关以及 运算放大器的非线性引起。
5. 温度系数
在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化 而变化的量，称为DAC的温度系数。
一般用满刻度的百分数表示温度每升高一度输 出电压变化的值。
二、倒T形电阻网络DAC
双1.向电模路拟组开成关 DD电＝ ＝源10时时组电接 接成路运 地。由放解码网络、模拟开关、求和放求 算大放和器大集和器成基运准
基准参 考电压
R－2R倒T 形电阻解 码网络
9.2 D/A转换器
2. 工作原理 由于集成运算放大器的电流求和点Σ为虚地，
所以每个2R电阻的上端都相当于接地，从网络的A、 B、C点分别向右看的对地电阻都是2R。
9.2 D/A转换器
➢DAC的输入是数字信号。它可以是任何一种编码， 常用的是二进制码。输入可以是正数，也可以是负数， 通常是无符号的二进制数。由于输入数字量的位数是 有限的，所以输出的模拟量也是有限的。例如三位 DAC只能有八个，相应模拟量输出的大小也只有八个 不同值。
9.2 D/A转换器
一、D/A转换基本原理 数/模转换就是将数字量转换成与它成正
9.2 D/A转换器
2. 转换速度
D/A转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟 输出电压所需要的时间称为转换速度。
不同的DAC其转换速度也是不相同的，一般约 在几微秒到几十微秒的范围内。
9.2 D/A转换器
3. 转换精度
转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论 输出的模拟电压值之差。通常用最大误差与满量程 输出电压之比的百分数表示。通常要求D/A转换器 的误差小于ULSB/2。
3、电路特点：
（1）解码网络仅有R和2R两种规格的电阻， 这对于集成工艺是相当有利的；
（2）这种倒T形电阻网络各支路的电流是直 接加到运算放大器的输入端，它们之间不存在传 输上的时间差，故该电路具有较高的工作速度。
因此，这种形式的DAC目前被广泛的采用。
9.2 D/A转换器
三、 DAC的主要技术参数
比的模拟量。
数字量： (D3D2D1D0)2＝(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10 (1101) 2 ＝(1×23＋1×22＋Fra Baidu bibliotek×21＋1×20)10
模拟量： uo＝K(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10 uo＝K(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10
(K为比例系数)
第9章
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9.1 概述
➢将模拟量转换为数字量的过程称为模/数转换简称 A/D转换。实现A/D转换的电路被称之为模/数转换器， 简称ADC（Analog to Digital Converter）。 ➢ADC转换所得到的数字信号经计算机处理，其输出 仍为数字信号。而过程控制装置往往需要模拟信号去 控制，所以经计算机处理后得到的数字信号必须转换 为模拟信号。把数字量转换为模拟量的过程称作数/模 转换器，简称DAC（Digital to Analog Converter）。
例如，某D/A转换器满量程输出电压为10V，如 果 误 差 为 1% ， 就 意 味 着 输 出 电 压 的 最 大 误 差 为 ±0.1V。百分数越小，精度越高。
转换精度是一个综合指标，包括零点误差、增益 误差等，它不仅与D/A转换器中元件参数的精度有 关，而且还与环境温度、集成运放的温度漂移以及 D/A转换器的位数有关。
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9.2 D/A转换器
➢权电阻DAC的优点是简单直接，但当位数较多时， 电阻的值域范围太宽。这就使得阻值种类太多，制 成集成电路困难；对高位权电阻的精度和稳定性要 求很苛刻，这是因为各位电阻值与二进制数位成反 比，高位权电阻的误差对输出电流的影响比低位权 电阻大得多。
9.2 D/A转换器
9.2 D/A转换器
例: 若DAC的最大输出电压为10V，要想使转换误 差在10mV以内，应选多少位DAC？
解：要想转换误差在10mV以内，就必须能分辨出 10mV电压。就是说分辨率必须小于10/（10×103） =1/1000。根据分辨率可以表示DAC的精度这一结 论，至少需要10位DAC，若考虑其它因素，需选12 位DAC。