第九章数模和模数转换优秀课件

9.2 D/A转模路拟组开成关 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。
第9章
第九章数模和模数 转换
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9.1 概述
➢ 数字电路、计算机只能对数字信号进行处理，其 结果为数字量。然而，自然界中绝大多数的物理 量都是连续变化的模拟量。例如温度、速度、压 力等。这些模拟量经传感器转换后所产生的电信 号也是模拟信号。若要数字装置或计算机对这些 信号进行处理，就必须将其转换为数字信号。
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
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＋0×21＋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)
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。
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：
IID 3ID 2ID 1ID 0 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。
I U REF R
9.2 D/A转换器
故：
I U 2 4 R R E (3 D F 2 3 D 2 2 2 D 1 2 1 D 0 2 0)
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。
VREF 23 R
3 i0
ai
2i
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
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 1.分辨率
vo
20R
21R
22R
23R
S3
S2
S1
S0
VREF
a3
a2
a1
a0
图9-1 二进制权电阻DAC原理图
9.2 D/A转换器
iIa 3V 2 R 0R E a F 2V 2 R 1R E a F 1V 2 R 2R E a F 0V 2 R 3R EF
V 2 R 3R E (a 3 F 2 3 a 22 2 a 12 1 a 02 0)
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 +
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。
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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。
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）。