数模转换器.

理学院电子信息工程系
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7.1 数模 (D/A) 转换器 主要内容：
FD/A转换器基本工作原理 F权电阻网络D/A转换器 F倒T型电阻网络D/A转换器 FD/A转换器的主要技术参数 F集成D/A转换器及其应用
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一、D/A转换器基本工作原理
输入数字量为n位二进制数Dn（dn-1 … d1d0）
I
U REF uO RF I RF 4 d 3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 2 R U REF 3 2 1 0 u d 2 d 2 d 2 d 2 令 RF = R，则有 O 3 2 1 0 4 2
U REF n Dn 2 2n 1 U REF 此时uO的最大变化范围是多少？ 0 ~ n
2
权电阻网络D/A转换器的特点：
优点： 结构简单，电阻元件数很少。 缺点： 电阻值相差大，制造难度大，精度差。 开关切换的过程会造成动态尖峰电流增大。
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三、倒T型电阻网络D/A转换器
计算倒T型电阻网络支路电流的等效电路：
D C B A
I /2
UREF
I
I /4
2R R
I /8
2R R
I / 16
2R 2R
2R R
I / 2 C’I / 4 D’
I / 8 A’ I / 16 B’
从AA’、BB’、CC’、DD’每个端口看进去的 U REF 等效电阻都是R，故 I 。 R I I I I 各支路电流从高位到地位依次是 0 、 1 、 2 、 3 。 2 2 2 2
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一、 D/A转换器基本工作原理
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。
uO kU U REF Dn
n 1 i 0
kU U REF d n1 2n1 kU U REF d1 21 kU U REF d 0 20
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二、权电阻网络D/A转换器
UREF
d3
( MSB )
d2
S2 I
2
d1
S1 I1 22 R
d 0( LSB )
S0 I0 2 3R IΣ RF (R/2)
S3 I3 20 R
21 R
uu+
A +
uO
uO RF I
R 令： RF ，则有 2
U REF RF 3 (d 3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 ) 2 R
d 0( LSB )
S0 I0 23 R IΣ RF (R/2)
S3 I3 20 R
21 R
uu+
A +
uO
参考电压源，模拟开关，电阻网络，运算放大器
di 为“1”，开关接UREF；di 为“0”，开关接地
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二、权电阻网络D/A转换器
UREF
d3
( MSB )
d2
S2 I
2
d1
S1 I1 2R
2
d 0( LSB )
S0 I0 2 3R IΣ RF (R/2)
S3 I3 20 R
21 R
uu+
“虚地”
I I3 I2 I1 I0
A +
uO
d 3U REF d 2U REF d1U REF d 0U REF 0 1 2 3 2 R 2 R 2 R 2 R U REF 3 (d 3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 ) 2 R 理学院电子信息工程系
U REF 4 d 3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 2 R
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三、倒T型电阻网络D/A转换器
( MSB)
d3
d2
d1
( LSB)
d0
RF (R) IΣ A +
uo
S3 2R R
S2 2R R
S1 2R R
S0 2R 2R
UREF
电路结构（以四位为例）：
( MSB) ( LSB)
d3
d2
d1
d0
RF (R) IΣ A +
uo
S3 2R R
S2 2R R
S1 2R R
S0
“虚地”
UREF
I
2R
2R
特点：电阻网络中只有R和2R两种阻值。
无论模拟开关在哪个位置，2R上端电位为0。
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三、倒T型电阻网络D/A转换器
U REF uO 4 (d 3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 ) 2 理学院电子信息工程系
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二、权电阻网络D/A转换器
对于n位的权电阻网络DAC，则：
U REF uO n (d n1 2n1 d n 2 2n 2 d0 20 ) 2
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三、倒T型电阻网络D/A转换器
( MSB)
d3
d2
d1
( LSB)
d0
RF (R) IΣ A +
uo
S3
S2
S1
S0
I /2
UREF
I
I /4
2R R
I /8
2R R
I / 16
2R 2R
2R R
I /2
I /4
I /8
I / 16
U REF I R
I I I I I I d 3 0 d 2 1 d1 2 d 0 3 4 d 3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 2 2 2 2 2
kU U REF d i 2i
求和
参考电压
开关变量
数（n位） 数码缓冲 字 寄存器 量
n位数控 模拟开关
解码网络
求和电路
模 拟 量
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n位D/A转换器原理图
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二、权电阻网络D/A转换器
电路结构（以四位为例）：
UREF
d3
( MSB )
d2
S2 IFra Baidu bibliotek
2
d1
S1 I1 22 R
n 1 i 0
Dn d n1 2 n1 d1 21 d 0 20 d i 2 i
dn-1：最高位 MSB d0 ：最低位 LSB
D/A转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。 若参考电压UREF，输出模拟量为uo，则有
uO kU U REF Dn
其中 kU 为比例系数。
数字技术基础
第七章 数模和模数转换
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概述
D/A：将数字信号转换为模拟信号，电路称为DAC。
A/D：将模拟信号转换为数字信号，电路称为ADC。 以电话话音传输为例： 传 u A 感 器 （话筒）
A Dn 数字 交换 D 系统 C
Dn
D A C
传 uA 感 器 （听筒）
数模和模数转换器是连接真实世界和数字世界的 桥梁，广泛应用于自动控制、数字通信、数字家电等 领域。