第18章模数转换和数模转换优秀课件

18.2.3 D/A转换器的主要技术指标
1.分辨率
分辨率是指输入数字量最低有效位为 1 时，对应输出可 分辨的电压变化量ΔU与最大输出电压Um之比，
分辨率
U Um
1 2n 1
分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越灵敏。 而分辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率越高。
2.
转换精度是实际输出值与理论计算值之差，这种差值， 由转换过程各种误差引起, 主要指静态误差，它包括：
集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲，主要 是减少输出模拟信号负载变化的影响，并将电流转换为 电压输出。
当Di=1时，Si将相应的权电阻Ri=2n-1-iR与基准电压UR 接通，此时，由于运算放大器负输入端为虚地，该支路
产生的电流为
Ii 2nU 1RiR2U n1RR2i
当Di=0时，由于Si接地，Ii=0。因此，对于Di位所产生的
在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换 器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也 有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大 类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成 相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信 号先被转换成某种中间变量（如时间、 频率等），然后 再将中间变量转换为最后的数字量。
U2 R n f U 1R Rn i 0 1D i2i U 2n Rn i 0 1D i2i
从上式可见，输出模拟电压U的大小与输入二进制数 的大小成正比，实现了数字量到模拟量的转换。
当D=Dn-1…D0=0时，U=0。 当D=Dn-1…D0=11…1时， 最大输出电压
Vm 2n2n 1UR
① 非线性误差。它是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来表示。
② 比例系数误差。它是参考电压UR的偏离而引起的误 差，因UR是比例系数， 故称之为比例系数误差。当ΔUR一 定时，比例系数误差如图 18 - 4 中的虚线所示。
图 18-4 比率系数误差
③ 漂移误差。它是由运算放大器零点漂移产生的误 差。当输入数字量为 0 时，由于运算放大器的零点漂移， 输出模拟电压并不为 0。这使输出电压特性与理想电压 特性产生一个相对位移，如图 18-5 中的虚线所示。
第18章模数转换和 数模转换
18.1 概
为了能用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转 换成数字信号，才能送入数字系统进行处理。同时，往往还 需把处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。 我们把前一种从模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，
A/D（Analog to Digital）转换，把后一种从数字信 号到模拟信号的转换称为D/A（Digital to Analog）转换。同 时，把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（Analog Digital Converter）；把实现D/A转换的电路称为D/A转换器 （Digital Analog Converter）。
图 18-1 DAC方框图
18.2.2 D/A转换器的主要电路形式
1. 权电阻网络D/A转换器
图 18-2 权电阻DAC
开关Si的位置受数据锁存器输出的数码Di控制，当Di=1 时，Si将电阻网络中相应的电阻Ri和基准电压UR接通；当 Di=0时，Si将电阻Ri接地。
权电阻网络由n个电阻（20R~2n-1R）组成，电阻值的选 择应使流过各电阻支路的电流Ii和对应Di位的权值成正比。 例如，数码最高位Dn-1， 其权值为2n-1，驱动开关Sn-1，连接 的电阻Rn-1=2n-1-(n-1)=20R； 最低位D0，驱动开关S0，连接的 权电阻为R0=2n-1-(0)R=2n-1R。因此，对于任意位Di，其权值 为2i，驱动开关Si，连接的权电阻值为Ri=2n-1-iR，即位权（i） 越大,对应的权电阻值就越小。
图 18-5 漂移误差
3.
从数字信号输入DAC起，到输出电流（或电压）
达到稳态值所需的时间为建立时间。 建立时间的大小
决定了转换速度。目前 10~12
D/A
器（不包括运算放大器）的建立时间可以在 1 微秒以
内。
18.2.4 八位集成DAC0832
图 18-6 集成DAC0832框图与引脚图
它由一个八位输入寄存器、一个八位DAC寄存器和一 个八位D/A转换器三大部分组成，D/A转换器采用了倒T 型R-2R电阻网络。由于DAC0832有两个可以分别控制的 数据寄存器，所以，在使用时有较大的灵活性， 可根据 需要接成不同的工作方式。DAC0832中无运算放大器， 且是电流输出，使用时须外接运算放大器。芯片中已设 置了Rfb，只要将 9 脚接到运算放大器的输出端即可。若 运算放大器增益不够， 还须外加反馈电阻。
18.2 D/A转换器（DAC）
18.2.1 D/A
D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号， 以电压或电流的形式输出。因此，D/A转换器可以看作是一 个译码器。一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟电压U 和输入数字量D之间成正比关系，即U=KD，式中K为常数。
D/A转换器的一般结构如图18-1所示， 图中数据锁存器 用来暂时存放输入的数字信号。n位寄存器的并行输出分别 控制n个模拟开关的工作状态。通过模拟开关，将参考电压 按权关系加到电阻解码网络。
I
Dn1
I 21
Dn1
I 22
D1
I 2n1
D0
I 2n
I 2n
(Dn12n1
Dn22n2
D121D020) NhomakorabeaI 2n
n1
Di 2i
i0
运算放大器的输出电压为
UIRf I2R nf n i 01Di2i
若Rf=R，并将I=UR/R代入上式， 则有
UU2nR
n1 i0
Di 2i
可见，输出模拟电压正比于数字量的输入。
电流应表示为
Ii 2nU 1 RiR2U n1RR2iDi
运算放大器总的输入电流为
In i 0 1Iin i 0 12 U n 1 R RD i2i2 U n 1 R Rn i 0 1D i2i
运算放大器的输出电压为
URfI2 Rnf U 1R Rn i01Di2i
若Rf=1/2R，代入上式后则得
因而U的变化范围是
2n 1 0 ~ 2n UR
2. 倒T型电阻网络D/A转换器 图 18-3 R-2R倒T型DAC
从图18-3中可以看出，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， 流入运算放大器的电流为