数电模数与数模转换电路

3.1 A/D转换器概述
1. A/D功能: 能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。
A/D 转换器
计算机进行数字处理 （如计算、滤波）、
数据保存等
用模拟量作为控 制信号
数字控制 计算机
D/A 转换器
模拟 控制器
工业生产过程控制对象
ADC和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。
2 D/A转换
2.1 D/A转换器概述 2.2 倒T形电阻网络D/A转换器 2.3 权电流型D/A转换器 2.4 D/A转换器的输出方式 2.5 D/A转换器的主要技术指标 2.6 集成D/A转换器及其应用
数电模数与数模转换电路
1 概述
能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D 转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换 器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数 字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。
传感器 (温度、压力、 流量、应力等）
模拟 传感器
D/A转换器的倒T形电阻网络原理分析
基准电源VREF提供的总电流为：I =？ 流过各开关支路的电流：I3 =？I2 =？ I1 =？ I0 =？
R
R
R
R
I/16
I/8
I/4
I/2
I0
I1
I2
I3
I/16
I/8
I/4
I/2
流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。
I0
I1
I2
I3
I
流入运放的总电流：
3.转换特性 D/A转换器的转换特性 是指其输出模拟量和输 入数字量之间的转换关系。
理想的D/A转换器的转换特性:
输出模拟电压 uo=Ku×D或输出模拟电流io=Ki×D。
如果输入为n位二进制数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为：
4. D/A转换器的组成:
电阻网络 模拟电子开关 求和运算放大器
2. 双极性输出方式 2的补码
❖偏移二进制码
N’B
表2 8位D/A转换器在双极性输出时的输入/输出关系
十进
2的补码
偏移二进制码
பைடு நூலகம்
模拟量
制数
127
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
/O VLS
B
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 127
2. 2 倒T形电阻网络D/A转换器
输入4位二进制数
求和运算放大器
模拟电子开关
输 出
模
电阻网络
拟
电
压
根据运放线性运用时虚地的 概念可知，无论模拟开关Si处 于何种位置，与Si相连的2R 电阻将接“地” 或虚地。
Di=0, Si则将电阻2R接地 Di=1, Si接运算放大器反相端 ，电流Ii流入求和电路
失调误差：由运算 放大器的零点漂移引起 ，其大小与输入数字量 无关，该误差使输出电 压的转移特性曲线发生 平移 。
三位D/A转换器的失 调误差如图所示。
2. 6 集成D/A转换器及其应用 1. AD7520D/A转换器
10位CMOS电流开关型D/A转换器
2、集成D/A转换器应用之一： 数字式可编程增益控制电路
为进一步提高D/A转换器的精度，可采用权电流型D/A转换器。
2.3 权电流型D/A转换器
Di =1时，开关Si接运放 的反相端; Di= 0时，开关Si接地。
采用恒流源电路后对提高转 换精度有什么好处？ 在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受其他因素的 影响，提高了转换精度。
2.4 D/A转换器的输出方式
1. 单极性输出方式 倒T形电阻网络D/A转换器单极性电压输出的电路
反相输出
同相输出
D7 表D61 8位D5D/A转D4换器在D单3 极性D输2 出时D的1 输D入0 /输出关模系拟量 1 1 1 1 1 11 1
…
100 100 011
0 00 0 1 0 0000 1 1111
…
000 0 0001 00 0 0 0 0 0 0
1
1
126 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 126
0
0
…
－1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 －1
1
1
…
－ 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 －127
127
1
1
－ 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 －128
128
2、集成D/A转换器应用之二： 抛物线波形产生电路
本节小结
D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信 号转换成相对应的模拟信号输出。
如果输入的是n位二进制数，则D/A转换器 的输出电压为：
3 A/D转换
3.1 A/D转换器概述 3.2 并行比较型A/D转换器 3.3 逐次比较型A/D转换器 3.4 双积分式A/D转换器 3.5 A/D转换器的主要技术指标 3.6 集成A/D转换器及其应用
2.转换误差：转换误差是指D/A转换器实际精度与理论上可 达到的精度之间存在误差。 产生原因：由于D/A转换器中各元件参数值存在误差，如基 准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。
几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差等
比例系数误差：
是指实际转换特性 曲线的斜率与理想 特性曲线斜率的偏 差。
i ＝ I0 + I1 + I2 + I3
4 位倒T形电阻网络DAC的输出模拟电压： 推广到 n 位倒T形电阻网络DAC,有：
令：
则
O = – K NB
上式表明，在电路中输入的每一个二进制数NB， 均能得到与之成正比的模拟电压输出。
为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求：
(1)基准电压稳定性好； (2) 倒T形电阻网络中R和2R电阻比值的精度要高； (3) 每个模拟开关的开关电压降要相等
2.1 D/A转换器概述
1、DAC的功能: 将数字量成正比地转换与之对应成模拟量 。
2. 实现D/A转换的基本思想 数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位
代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转 换成相应的模拟量， 然后将这些模拟量相加，即可得到与 数字量成正比的模拟量， 这样，就可以实现数字量--模拟 量的转换。
0
0
2.5 D/A转换器的主要技术指标
1. 转换精度 ：通常用分辨率和转换误差来描述。 分辨率：其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等 级数。实际应用中往往用输入数字量的位数表示D/A转换器 的分辨率。 分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比
给出。n位D/A转换器的分辨率可表示为