数字电子技术基础简明教程第三版(7)
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(一) 电路组成与转换原理
D0
D1
D2
D3 iΣ
RF
-
△
∞ +
uO
0 10 10 10 1 +
S0
S1
S2
S3
2R 2R I0 2R I12R I22R I3
R
R
R
I0
I1
I2
I3
I
VREF
地关打；流向模打电哪拟向由压一开“倒转侧关0”换，TS侧电i倒型打时路电T向，(阻型简“相网电称1应”络阻I/侧、网2UR时模络转支，拟均换路相开可电接应关等路地和效)2组R。一为成故个支下。无电路图论接：虚开
EXIT
数模和模数转换器
为何要进行数模和模数转换？
数字量
数字量
模拟量
模拟量
传感器 被控对象 自然界物理量
EXIT
数模和模数转换器
二、数模和模数转换器应用举例
…………
压温流液力度量位传传传传二感感感感器器器器、数四路模拟开关模和数AD模字C 数数字控制计算机转换DDDD器AAAACCCC应用模模模模举拟拟拟拟控控控控例制制制制器器器器
EXIT
数模和模数转换器
(二) 主要参数
1. 分辨率
DA指C 的D/最A 小转输换出器电模压拟变输化出量所，能产生的最 小也电即压D变A化C 量的与最满小刻输度出输电出压电值压之比。
表示满度输出电压值，FSR 即 Full Scale Range UFSR = 例uO如|D =，11一 个1 =1(02n位–的1 )DUALCSB，分辨率为 0.000 978。
四、集成 DAC 应用举例
物理量
信号
模拟信号
生产控制对象
EXIT
数模和模数转换器
7.1 D/A 转换器
主要要求：
了解数模转换的基本原理。 了解 R - 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器的 电路与工作原理。 了解常用 D/A 转换器的类型和主要参数。
EXIT
数模和模数转换器
一、数模转换的基本原理
n 位二 进制数
输入
uu0O==--iDΣ R·F = - D I0 RF = - D ·
对
n
D0
D1
位 DAC， uO=
- DD2· VR2EnDF3RRiFΣ
RF
△
-
Leabharlann Baidu
∞ +
uO
若取0 RF =S10R0， 则S110uO= -S1D20 ·V2RnES1F3
+
2R n 位2RDAIC0 2将R参考I12电R压 VI2R2ERF 分I成3 2n 份，uO 是 每份的 D 倍。R调节 VRREF 可调R节 DAC 的输V出R电EF压。
模拟开关 Si 受相应数字位 Di 控制。当 Di = 1 时，开 关合向“1”侧，相应支路电流 Ii 输出；Di = 0 时，开关 合向“0”侧， Ii 流入地而不能输出。
iΣ = D3 I3 + D2 I2 + D1 I1 + D0 I0 = ( D3 23 + D2 22 + D1 21 + D0 20 ) I0 = D I0
I0
I1
I2
I3
I
EXIT
数模和模数转换器
三、常用 DAC 的类型和主要参数
(一) 常用 DAC 的类型
常用 DAC 主要有权电阻网络 DAC、 R - 2R T 形电阻网络 DAC、R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC 和权电流网络 DAC。其中，后两者转换速度快， 性能好，因而被广泛采用，权电流网络 DAC 转换 精度高，性能最佳。
Dn-1
一Dn-、2 数模转换的基本原理
…
DAC
uO
D1
D0
模拟电压输出
输入数字量 D = (Dn-1 Dn-2 D1 D0 ) 2 = Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + + D1 21 + D0 20
输出模拟电压 uO = D△ = (Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + + D1 21 + D0 20 )△
n 位均为 1
DAC 的位数越多，分辨率值就越小， 能分辨的最小输出电压值也越小。
EXIT
2. 转换精度
数模和模数转换器
指 DAC 实际输出模拟电压与理 想输出模拟电压间的最大误差。
它是一个综合指标，不仅与 DAC 中元件参数的精 度有关，而且与环境温度、求和运算放大器的温度漂 移以及转换器的位数有关。
要获得较高精度的 D/A 转换结果，除了正确选用 DAC 的位数外，还要选用低漂移高精度的求和运算放 大器。通常要求 DAC的误差小于 ULSB / 2。
3. 转换时间
指 DAC 在输入数字信号开始转换，到输 出的模拟信号达到稳定值所需的时间。
转换时间越小，转换速度就越高。
EXIT
数模和模数转换器
实现数模转换的电路称数模转换器 Digital - Analog Converter，简称 D/A 转换器或 DAC。
模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出 的数字量与输入的模拟电量成正比。
实现模数转换的电路称模数转换器 Analog - Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC。
I2 2
=
I 8
=
21 (
I 24
)，I0
=
I1 2
=
I 16
=
20 (
I 24
)
即
I3 = 23 I0， I2 = 22 I0， I1 = 21 I0， I0 = 20 I0
I 24
VREF 24 R
可见，支路电流值 Ii 正好代表了二进制数位 Di 的权值 2i 。 EXIT
数模和模数转换器
数模和模数转换器
第 7 章 数模和模数转换器
概述 D/A 转换器 A/D 转换器 本章小结
EXIT
数模和模数转换器
概述
主要要求：
理解数模和模数转换器的概念和作用。
EXIT
数模和模数转换器
一、数模和模数转换的概念和作用
数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电 流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。
EXIT
数模和模数转换器
2R 2R I0 2R I12R I22R I3
R
R
R
I0
I1 A I2 B I3 C I
VREF
从 A、B、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R。
因此，I
=
VREF R
I3 =
I 2
= 23 (
I 24
)，I2
=
I3 2
=
I 4
= 22 (
I 24
)，
I1 =
位量△化可电见是压，D，uAOC它∝能等D输于，出uDO的最的最低大小位小电(反L压S映值B了)，为数称1字、为量其DD余A的C各大的位小单均。 为 0 时的模拟输出电压(用 ULSB 表示)。
LSB — Least Significant Bit
EXIT
数模和模数转换器
二、R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC
D0
D1
D2
D3 iΣ
RF
-
△
∞ +
uO
0 10 10 10 1 +
S0
S1
S2
S3
2R 2R I0 2R I12R I22R I3
R
R
R
I0
I1
I2
I3
I
VREF
地关打；流向模打电哪拟向由压一开“倒转侧关0”换，TS侧电i倒型打时路电T向，(阻型简“相网电称1应”络阻I/侧、网2UR时模络转支，拟均换路相开可电接应关等路地和效)2组R。一为成故个支下。无电路图论接：虚开
EXIT
数模和模数转换器
为何要进行数模和模数转换？
数字量
数字量
模拟量
模拟量
传感器 被控对象 自然界物理量
EXIT
数模和模数转换器
二、数模和模数转换器应用举例
…………
压温流液力度量位传传传传二感感感感器器器器、数四路模拟开关模和数AD模字C 数数字控制计算机转换DDDD器AAAACCCC应用模模模模举拟拟拟拟控控控控例制制制制器器器器
EXIT
数模和模数转换器
(二) 主要参数
1. 分辨率
DA指C 的D/最A 小转输换出器电模压拟变输化出量所，能产生的最 小也电即压D变A化C 量的与最满小刻输度出输电出压电值压之比。
表示满度输出电压值，FSR 即 Full Scale Range UFSR = 例uO如|D =，11一 个1 =1(02n位–的1 )DUALCSB，分辨率为 0.000 978。
四、集成 DAC 应用举例
物理量
信号
模拟信号
生产控制对象
EXIT
数模和模数转换器
7.1 D/A 转换器
主要要求：
了解数模转换的基本原理。 了解 R - 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器的 电路与工作原理。 了解常用 D/A 转换器的类型和主要参数。
EXIT
数模和模数转换器
一、数模转换的基本原理
n 位二 进制数
输入
uu0O==--iDΣ R·F = - D I0 RF = - D ·
对
n
D0
D1
位 DAC， uO=
- DD2· VR2EnDF3RRiFΣ
RF
△
-
Leabharlann Baidu
∞ +
uO
若取0 RF =S10R0， 则S110uO= -S1D20 ·V2RnES1F3
+
2R n 位2RDAIC0 2将R参考I12电R压 VI2R2ERF 分I成3 2n 份，uO 是 每份的 D 倍。R调节 VRREF 可调R节 DAC 的输V出R电EF压。
模拟开关 Si 受相应数字位 Di 控制。当 Di = 1 时，开 关合向“1”侧，相应支路电流 Ii 输出；Di = 0 时，开关 合向“0”侧， Ii 流入地而不能输出。
iΣ = D3 I3 + D2 I2 + D1 I1 + D0 I0 = ( D3 23 + D2 22 + D1 21 + D0 20 ) I0 = D I0
I0
I1
I2
I3
I
EXIT
数模和模数转换器
三、常用 DAC 的类型和主要参数
(一) 常用 DAC 的类型
常用 DAC 主要有权电阻网络 DAC、 R - 2R T 形电阻网络 DAC、R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC 和权电流网络 DAC。其中，后两者转换速度快， 性能好，因而被广泛采用，权电流网络 DAC 转换 精度高，性能最佳。
Dn-1
一Dn-、2 数模转换的基本原理
…
DAC
uO
D1
D0
模拟电压输出
输入数字量 D = (Dn-1 Dn-2 D1 D0 ) 2 = Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + + D1 21 + D0 20
输出模拟电压 uO = D△ = (Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + + D1 21 + D0 20 )△
n 位均为 1
DAC 的位数越多，分辨率值就越小， 能分辨的最小输出电压值也越小。
EXIT
2. 转换精度
数模和模数转换器
指 DAC 实际输出模拟电压与理 想输出模拟电压间的最大误差。
它是一个综合指标，不仅与 DAC 中元件参数的精 度有关，而且与环境温度、求和运算放大器的温度漂 移以及转换器的位数有关。
要获得较高精度的 D/A 转换结果，除了正确选用 DAC 的位数外，还要选用低漂移高精度的求和运算放 大器。通常要求 DAC的误差小于 ULSB / 2。
3. 转换时间
指 DAC 在输入数字信号开始转换，到输 出的模拟信号达到稳定值所需的时间。
转换时间越小，转换速度就越高。
EXIT
数模和模数转换器
实现数模转换的电路称数模转换器 Digital - Analog Converter，简称 D/A 转换器或 DAC。
模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出 的数字量与输入的模拟电量成正比。
实现模数转换的电路称模数转换器 Analog - Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC。
I2 2
=
I 8
=
21 (
I 24
)，I0
=
I1 2
=
I 16
=
20 (
I 24
)
即
I3 = 23 I0， I2 = 22 I0， I1 = 21 I0， I0 = 20 I0
I 24
VREF 24 R
可见，支路电流值 Ii 正好代表了二进制数位 Di 的权值 2i 。 EXIT
数模和模数转换器
数模和模数转换器
第 7 章 数模和模数转换器
概述 D/A 转换器 A/D 转换器 本章小结
EXIT
数模和模数转换器
概述
主要要求：
理解数模和模数转换器的概念和作用。
EXIT
数模和模数转换器
一、数模和模数转换的概念和作用
数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电 流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。
EXIT
数模和模数转换器
2R 2R I0 2R I12R I22R I3
R
R
R
I0
I1 A I2 B I3 C I
VREF
从 A、B、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R。
因此，I
=
VREF R
I3 =
I 2
= 23 (
I 24
)，I2
=
I3 2
=
I 4
= 22 (
I 24
)，
I1 =
位量△化可电见是压，D，uAOC它∝能等D输于，出uDO的最的最低大小位小电(反L压S映值B了)，为数称1字、为量其DD余A的C各大的位小单均。 为 0 时的模拟输出电压(用 ULSB 表示)。
LSB — Least Significant Bit
EXIT
数模和模数转换器
二、R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC