专用集成电路设计AD和DA转换器

3) 静态误差 所谓静态误差，是与时间无关，反映静态工作
时实际模拟输出接近理想模拟输出的程度。通常有
失调误差、 增益误差、 非线性误差等。
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6.3.2 D/A转换器电路
1. 例置R-2R梯形D/A转换器
1) 电路
倒置R-2R梯形D/A转换器电路如图 6 - 18 所示。 该 电路的优点是电阻类型少，只有R和2R两种，易实现。

b1 2

b2 22

bN 2N
N
bi 2i
i 1
N
故，U 0 KU ref bi 2i
i 1
Uref 参 考 电压
DUref 比 例 网络
输 出 放 大 器 Uo＝KDUref
…
二 进 制开 关
…
b1 b2 b3 bN
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图 6 - 16 D/A转换器输入输出理想特性
2. 权电容D/A转换器
1) 电路
如下图所示，该电路由电容网络与一组开关组成，
并由两相不重叠时钟控制。
A
＋
Uo
＋ C ＋ C ＋ C ＋C
＋
－
2 N －1
2 N －1
2N －2
2
C
终端电
容
…
1
2·bN
2·bN－ 1
2·b2
2·b1
＋
2 · b N
2· b N －1
2· b2
2· b1
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2) 工作原理
由图可见，输出电压Uo为：Uo=-RF× Io 而Io视开关S1～SN的状态而定。S表示数字量控制 开关，当数字量为“0”时，开关接地，电流不流入运 放; 只有当数字量为“1”时，开关接到运算放大器的 虚地点，其电流才流入运放而产生输出。
各电流关系为： I1=2I2=22I3=…=2N-1IN
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A模D字C数转数字控制计算机 换器DDDDAAAA应CCCC 用模模模模举拟拟拟拟例控控控控制制制制器器器器
物理量
信号
模拟信号
生产控制对象
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6.3 D/A 转 换 器
• D/A转换器即数/模转换器(Digital to Analog Converter), 其任务是将数字量转 换为模拟量。
R
R
2R
Uref
…
2R
2R
2R
2R
I1
I2
I3
IN
S1
S2
S3
SN
Q
RF
… Io
Uo
…
－
＋
图 6 - 18 倒置R-2R梯形D/A转换器 10 2020/1/30
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。
当b1=“1”，b1=“0”时， 传输门Ⅱ导通， 将Si接到 虚地点Q。 反之，当b1=“0”, b1=“1”时， 传输门Ⅰ导 通，Ⅱ截止， 将Si接到地。
b1 b1 b2 b2
bN bN
Si
…
分 相电 路
Ⅰ
Ⅱ
Q
…
b1 b2
bN
b1 2选1电路 b1
图 6 – 19 D/A转换器的开关电路
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Uref －
1
1
…
1
1
2)工作原理
(1) 当φ1=“1”时，终端电容被短路，其它电容下 端均接地，处于全放电状态，所有电容电荷为0。 称
• D/A转换器广泛用于信号处理中， 如数字 存储示波器的示波管显示器、 增益控制、 精密衰减器， 精密数控电源， 直接数字频 率合成器等等。
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D/A转换器的类型(分类）：4 类
D/A 转 换 器
电 阻 网络 型
电 容 网络 型
晶 体 管网 络 型
电阻串 (Resi st or Strin g)
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。
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为何要进行数模和模数转换？
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二、数模和模数转换器应用举例
…………
串 行 电荷 再 分 配
并
行电 配
荷
再
分开
关
电
容
电流镜
电 阻 电容 混 合 型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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6.3.1 D/A转换器原理
D/A转换器的原理框图如下图6-15 所示。 其中，
b1～bN为N位数字量输入， Uref为参考电压。 输出模拟
量为： Uo=KDUref，K为比例因子，D为：
D
专用集成电路设计
6.3 D/A 转 换 器 6.4 A/D 转 换 器
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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。
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。
R
R
2R
Uref
…
2R
2R
2R
2R
I1
I2
I3
IN
S1
S2
S3
SN
Q
RF
… Io
Uo
…
－
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＋
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流入运放总电流为：
Io

N
Ii
i 1

U red R

b1 2

b2 22

bN 2N


U red R
N
bi 2i
i 1
模拟量输出为
U o

Io RF
FS
7 FS
8
6 8
FS
1LS B
模
拟
5 FS 8
输 出4
值
FS 8
理 想 模拟 输 出
3 FS 8
2 FS 8
1 FS
8
0
000 001 010 011 100 101 110 111
数 字 输入 代 码
D/A 输 出
1LSB

U red 2N
当输入数字量最低位变化时， 对应的模拟量 跳一个台阶，输出为阶梯波信号。
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2. D/A转换器的主要技术指标
1) 代表精度的指标——位数(bit数)——分辨率
阶梯波台阶电压：U
1LSB

U re d 2N
2) 代表速度的指标——转换时间——时钟频率
即从数字信号输入D/A转换器到输出电压达到稳态 值所需要时间， 该时间决定了D/A转换器的转换速度。 实际上，D/A转换要按时钟节拍工作。 通常用最高时 钟频率来表达D/A转换器的工作速度。


RF R
U ref
N i 1
bi 2i
若N=3, 且数字字(即数字输入代码)为“110”， RF=R, 那 么
Uo
1 2
1 4
0 8
U
ref


6 8
U
ref
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3) 开关电路
如下图，数字字b1～bN通过两级非门构成的分相电 路变成bi和bi，然后分别去控制两个传输门构成的开关。