9数模与模数转换器
数模转换讲解
本章的难点：
本章的难点在一些A/D转换器内部电路结构和详细工作 过程上，但这不是本章学习的重点。
1
第九章 数模和模数转换 第一节 概述
数模转换：将数字量 (Digital)转换为模拟量(Analog)。 简称D/A 转换。 模数转换：将模拟量(Analog)转换为数字量(Digital)。 简称A/D转换。 传感器 计算机 被控对象 A/D转换器
驱动电路
D/A转换器
2
主要指标：转换精度；转换速度。
分类：
权电阻网络D/A转换器 倒T型电阻网络D/A转换器 权电流型D/A转换器 权电容网络D/A转换器 开关树型D/A转换器 并联比较型 A/D 转 换 器 直接转换型 反馈比较型 计数型 逐次渐进型
D/A 转 换 器
间接转换型
双积分型（V－T变换型）
转换时间
TTR (max) ts
V0 (max) SRபைடு நூலகம்
输出模拟电 压最大值 运放输出转 换速率
17
第三节 A/D转换器 一、A/D转换的基本原理 在A/D转换器中，由于输入 模拟信号在时间上是连续的， 而输出数字信号是离散的，所 以转换只能在一系列选定的瞬 间对输入模拟信号采样，然后 再把这些采样值转换成输出数 字量。
公式化简过程请 同学自己解决。
26
2.反馈比较型A/D转换器
思路：将一数字量加到D/A转换器上，再把D/A转换器输出的 模拟电压与输入模拟电压相比较。若不相等，则修改数字量，直 到两模拟电压相等，此时对应的数字量就是转换结果。
(1)计数型A/D转换器 数字量由计数 器提供。
B =
1 0
I O
I REF RB 2 2R
B
大学电子技术基础课后习题答案第9章-数模与模数转换器
9 数模与模数转换器9.1 D/A 转换器9.1.1 10位倒T 形电阻网络D/A 转换器如图题9.1.1所示。
（1）试求出输出电压的取值范围。
（2）若要求电路输入数字量为200H 时输出电压v o =5V ，试问V REF 应取何值？解：（1）由式（9.1.6）可知，10位D/A 转换器输出电压O v 为910022f REFOii i R R v R D ==-⋅⋅∑当98D D …0D =00…0时 O v =0 V当98D D …0D =11…1时，REFO R v R=-，已知f R R =，所以O REF v R =-于是可得到输出电压的取值范围为：0REF V V -。
（2）根据式（1） 109212O REFifii R v V R D =⋅⋅=-⋅⋅∑将98D D …0D =1000000000代入上式，的REF V =﹣10V 。
9.1.2 在图9.1.8所示的4位权电流D/A 转换器中，已知REF V =6V ，1R =48k Ω，当输入3210D D D D =1100时，O v =1.5V ，试确定f R 的值。
解：n 位权电流D/A 转换器的输出电压为1122n fiREF O i n i R R v D R -==⋅⋅∑于是，有11022n O f n iREF i i R v R V D -=⋅⋅=⋅⋅∑依题意，已知n=4，REF V =6V ，1R =48k Ω，3210D D D D =1100，O v =1.5V,代入上式得f R =16k Ω。
9.1.5 可编程放大器（数控可变增益放大器）电路如图题9.1.5所示。
（1）推导电路电压放大倍数/V O I A v v =的表达式。
（2）当输入编码为（001H ）和（3FFH ）时，电压放大倍数V A 分别为多少？ （3）试问当输入编码为（000H ）时，运放1A 处于什么状态？解：（1）图题9.1.5中运放3A 组成电压增益为﹣1的反相比例放大器，O v =﹣REF V 。
数模和模数转换器的应用
的内容在DAC 寄存器中锁存。
• (3) 进入DAC 寄存器的数据送入D/ A 转换器转换成模拟信号, 且随时 可读取。DAC0832 在不同信号组合的控制下可实现三种工作方式: 双缓冲器型、单缓冲器型和直通型, 如图8-6 所示。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• ①双缓冲器方式, 如图8-6 (a) 所示: 首先, 给
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8. 3 模/ 数转换器(ADC)
• 1. 取样和保持 • 取样(又称抽样或采样) 是将时间上连续变化的模拟信号转换为时间上
离散的模拟信号, 即转换为一系列等间隔的脉冲。其过程如图8-7 信 号, UO 为取样后输出信号。 • 取样电路实质上是一个受控开关。在取样脉冲CP 有效期τ 内, 取样开 关接通, 使UO =UI; 在其他时间(Ts -τ) 内, 输出UO =0。因此, 每经过一 个取样周期, 在输出端便得到输入信号的一个取样值。 • 为了不失真地用取样后的输出信号UO 来表示输入模拟信号UI, 取样频 率f s 必须满足fs≥2fmax (此式为取样定理)。其中, fmax 为输入信号UI 的 上限频率(即最高次谐波分量的频率)。
• 倒T 型电阻网络DAC 的组成框图如图8-2 所示, 数据锁存器用来暂时 存放输入的数字量, 这些数字量控制模拟电子开关, 将参考电压源UREF 按位切换到电阻译码网络中变成加权电流, 然后经运放求和输出相应 的模拟电压, 完成D/ A 转换过程。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
输入寄存器直接存入DAC 寄存器中并进行转换。这种工作方式称为
单缓冲方式, 即通过控制一个寄存器的锁存, 达到使两个寄存器同时选
通及锁存。
第8章数模转换器与模数转换器
R ∞
O1 O2
－
＋
uo
I /1 6
2R 2R
I /8
2R
I/4
2R
I/2
2R
I= V REF / R
R
A B
R
C
R
D
I/8
I/4
I/2
I
－VREF
1. 倒T形电阻网络DAC
（1）电阻译码网络
电阻译码网络由R及2R两种电阻接成倒T形构成。由于网络两个输出端O1，O2都处 于零电位（O1点为虚地），所以从A、B、C任一节点向左看等效电阻都是2R， 如图（b）所示，因此，基准源电流I为
数据总线 d0～d7 (CS1)① (CS2)② 数据1锁存到①输入锁存器 (WR1)① 数据1输入①输入锁存器 (WR1)② 数据2输入②输入锁存器 WR2(XFER) ILE＝1 D/A寄存器锁存 数据2锁存到②输入锁存器
刷新模拟输出
8.1 DAC
8.1.3 1.
DAC的主要参数
第8章 数模转换器与模数转换器
ADC与DAC在工业控制系统中的作用举例。
非电模拟量
传感器
模拟信号
ADC
数字信号
数字系统
数字信号
DAC
模拟信号
执行机构
8.1 DAC
8.1.1 D/A转换基本原理
数字量是用代码按数位组合起来表示的，每一位代码都有一定的 权值。例如，二进制数1010，第四位代码权是23，代码“1”表 示数值为“8”；第三位代码权是22 ，代码“0”表示这一位没有 数；第二位代码权是21 ，代码“1”表示数值为“2”；第一位代 码权是20，代码“0”表示这一位没有数，这样1010所代表的十 进制数是8×1＋4×0＋2×1＋1×0＝10。可见，数模转换只 要将数字量的每一位代码，按其权数值转换成相应的模拟量， 然后将各位模拟量相加，即得与数字量成正比的模拟量。
数模转换和模数转换
Ii 2nU 1 RiR2U n1RR2iDi
运算放大器总的输入电流为
In i 0 1Iin i 0 12 U n 1 R RD i2i2 U n 1 R Rn i 0 1D i2i
运算放大器的输出电压为
URfI2 Rnf U 1R Rn i 01Di2i
若Rf=1/2R，代入ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式后则得
在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换 器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也 有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大 类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成 相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信 号先被转换成某种中间变量（如时间、 频率等），然后 再将中间变量转换为最后的数字量。
它由一个八位输入寄存器、一个八位DAC寄存器和一 个八位D/A转换器三大部分组成，D/A转换器采用了倒T 型R-2R电阻网络。由于DAC0832有两个可以分别控制的 数据寄存器，所以，在使用时有较大的灵活性， 可根据 需要接成不同的工作方式。DAC0832中无运算放大器， 且是电流输出，使用时须外接运算放大器。芯片中已设 置了Rfb，只要将 9 脚接到运算放大器的输出端即可。若 运算放大器增益不够， 还须外加反馈电阻。
图 10-5 漂移误差
3.
从数字信号输入DAC起，到输出电流（或电压）
达到稳态值所需的时间为建立时间。 建立时间的大小
决定了转换速度。目前 10~12
D/A 转换
器（不包括运算放大器）的建立时间可以在 1 微秒以
内。
10.2.4 八位集成DAC0832
图 10-6 集成DAC0832框图与引脚图
10.2.3 D/A转换器的主要技术指标
数模和模数转换
按位数分类，数模转换器可分为二进制数模转换器和十进制 数模转换器。按工作方式分类，数模转换器可分为静态数模 转换器和动态数模转换器。按输入/输出接口分类，数模转换 器可分为独立式和并联式数模转换器等。
02
模数转换器（ADC）
定义
模数转换器（ADC）是一种将模拟信 号转换为数字信号的电子设备。它通 过一系列的电子和逻辑电路，将连续 的模拟信号转换为离散的数字信号。
04
数模和模数转换的挑战与解 决方案
量化误差
要点一
总结词
量化误差是由于数模转换器（DAC） 或模数转换器（ADC）的有限分辨率 和动态范围引起的误差。
要点二
详细描述
量化误差是由于数模转换器或模数转 换器的有限分辨率和动态范围引起的 误差。在数模转换中，量化误差表现 为输出模拟信号的不连续性，而在模 数转换中，量化误差表现为输入模拟 信号的失真。
像。
图像识别与处理
02
通过数模转换将图像从模拟信号转换为数字信号，进行图像识
别、分析和处理。
图像压缩与传输
03
利用数模转换技术对图像数据进行压缩和传输，提高传输效率
和降低存储成本。
通信系统
01
02
03
数字信号传输
数模转换将数字信号转换 为模拟信号，用于调制解 调器进行数据传输。
频分复用
通过模数转换将不同频率 的模拟信号转换为数字信 号，实现频分复用，提高 通信容量。
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用一个比较器和逐位逼近的方法，通过 逐步调整参考电压来逼近输入电压，最终得到数字输出。 它的分辨率较高，但转换速率相对较慢。
积分型ADC
积分型ADC通过测量输入电压引起的电容充电时间来得到 数字输出。它的分辨率较高，但受限于积分器的线性度和 稳定性。
第9章 数模转换和模数转换
。
数字电路与逻辑设计
Rf
（2）求和放大器A：为 一个接成负反馈的理想 运算放大器。即：AV＝ ∞，iI＝0，Ro＝0。由于 负反馈，存在虚短和虚 断，即V－≈V＋＝0， iI＝ 0。
I A vO
VREF
输入数字Di=1时，开关Si将电阻23-iR接到基准电压VREF上， 在23-iR上的电流为
Ii VREF VREF i D = D 2 i i 23 i R 23 R
2
i
VREF ()
注意：该电路转换精度较高，
虑的是恒流源特性问题。
RI f4 2
但电路结构较复杂，主要考 vo I Rf Rf4I (20 D0 21 D1 22 D2 23 D3 )
2 D
i 0
3
i
数字电路与逻辑设计
改进：采用具有电流负 反馈的BJT恒流源电路 的权电流D/A转换器：
数字电路与逻辑设计
第9章 数模转换和模数转换
本章要点 本章分别讲授了数模转换和模数转换的基本原理和常 见的典型电路。文中主要介绍数模转换的基本原理，数模 转换器的转换精度和转换速度，分别介绍了权电阻网络数 模转换器，倒 T型电阻网络数模转换器和权电流型数模转 换器；然后介绍了模数转换的一般原理和步骤，分别介绍 了并联比较型模数转换器，逐次逼近型和双积分型模数转 换器的工作原理。
Rf VREF 3 2Rf VREF 3 i i vO I Rf Rf I i ( D 2 ) ( D 2 ) i i 3 4 R 2 i 0 R 2 i 0 i 0
3
若取反馈电阻Rf=R/2，则输出模拟电压表达式为
VREF 3 vO I Rf 4 ( Di 2i ) 2 i 0
数模和模数转换PPT课件
2、量化和编码 由于输入电压的幅值是连续变化的，它的幅值不一定是其量化单位的整倍
数，所以量化过程会引入误差，这种误差叫量化误差。
量化后的信号只是一个幅值离散的信号，为了对量化后的信号进行处理， 还应该把量化的结果用二进制代码或其它形式表示出来，这个过程就叫做编码。
量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。
把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转 换器（Analog-Digital Converter，简称A/D转换器或ADC ）。
把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换， 把相应的转换器件称为数-模转 换器（Digital-Analog Converter，简称D/A转换器或DAC ）
克，秤量步骤：
顺序 1 2 3 4
砝码重 8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断 8g < 13g
保留
12g < 13g
保留
14g > 13g 撤去
13g ＝13g
保留
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逐次渐近型A/D转换器的基本工作原理是： a. 控制电路首先把寄存器的最高位置1， 其它各位置0。
第25页/共64页
(2) 转换误差 偏移误差：数字输入代码全为0时， D/A转换器的输出电压与理想输出电 压0V之差。
增益误差： 为数字输入代码由全0变 全1时，输出电压变化量与理想输出 电压变化量之差。
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非线性误差：为D/A转换器实际输出电 压值与理想输出电压值之间偏差的最大 值。
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0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程
数模转换和模数转换原理
8.2 数模转换器
当Dn=Dn-1…D0=0时，uO=0
2n 1 当Dn=Dn-1…D0=11…1时， uO 2n U REF 。
因而uO的变化范围是
0
~
2n 2n
1 U REF
权电阻网络D/A转换器的特点 ①优点：结构简单，电阻元件数较少； ②缺点：阻值相差较大，制造工艺复杂。
U REF 2n-1 R
n-1
di 2i
i0
虚断 运算放大器输出电压为
uO
RF I
RF
U REF 2n1 R
n1
di 2i
i0
令 RF=R/2 ，则
uO
U REF 2n
n1
di 2i
i0
U REF 2n
Dn
即：输出的模拟电压uO正比于输入的数字量Dn，从而实现
8.3 模数转换器
一、A/D转换器的基本工作原理 A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通
过取样、保持、量化和编码四个步骤完成。
模拟量输入
数字量输出
VI 采样 保持 量化 编码 DO
8.3 模数转换器
1.取样和保持
取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号，转换为时 间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列 等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。
WR1：输入数据选通信号，低电平有效。（
上升沿锁存）
XFER：数据传送选通信号，低电平有效。 WR2：数据传送选通信号，低电平有效。（
上升沿锁存）
IOUT1：DAC输出电流1。当DAC锁存器中为全1时，IOUT1最大（满 量程输出）；为全0时，IOUT1为0。
数模和模数转换器
第八章 数模和模数转换器
所以电路中的电流关系如下：
第八章 数模和模数转换器
流入运放反相端的总电流在二进制数D控制下的表达式为
第八章 数模和模数转换器
输出电压
由上式可以看出，此电路完成了从数字量到模 拟量的转换。倒T形电阻网络由于其各支路电流不 随开关状态而变化，有很高的转换速度， 因此在 D/A转换器中被广泛使用。
2. ICL7106 A/D转换器 转换器 转换器
第八章 数模和模数转换器
ICL7106是双积分型CMOS工艺4位BCD码输出A/D转换器， 它包含双积分A/D转换电路、基准电压发生器、时钟脉冲产生 电路、自动极性变换、调零电路、七段译码器、LCD驱动器及 控制电路等。电路采用9 V单电源供电，CMOS差动输入， 可 直接驱动 位液晶显示器(LCD)。
3) 转换时间 转换时间 转换时间是A/D转换器完成一次从模拟量到数字 转换时间是A/D转换器完成一次从模拟量到数字 量的转换所需的时间，它反映了A/D转换器的转换速度。 量的转换所需的时间，它反映了A/D转换器的转换速度。
第八章 数模和模数转换器
8.2.2 典型的 典型的A/D转换器原理 转换器原理 1. 逐次比较型 逐次比较型A/D转换器 转换器
第八章 数模和模数转换器
在第二次积分结束时， 有 （8-3） 设CP脉冲的周期为TC，则式（7-3）可变为 即 （8-4）
（8-5）
第八章 数模和模数转换器
8.2.3 集成 集成A/D转换器及其应用 转换器及其应用 1. ADC0804 A/D转换器
图8-13 ADC0804外引线图
第八章 数模和模数转换器
1) 采样保持
第八章 数模和模数转换器
采样是在在时间上连续变化的信号中选出可供转换成数字 量的有限个点。根据采样定理，只要采样频率大于二倍的模拟 信号频谱中的最高频率， 就不会丢失模拟信号所携带的信息。 这样就把一个在时间上连续变化的模拟量变成了在时间上离散 的电信号。由于每次把采样电压转换成数字量都需要一定的时 间，因此在每次采样后必须将所采得的电压保持一段时间。 完 成这种功能的便是采样保持电路。图8-9示出了采样保持电路的 原理电路。
数模转换和模数转换
• 1.倒T型电阻网络D/A转换器 • 如图9-1-2所示为一个4位倒T型电阻网络D/A转换器(按同样结构可将
它扩展到任意位)，它由数据锁存器(图中未画)、模拟电子开关 (S0~S3) , R~ 2R倒T型电阻网络、运算放大器(A)及基准电压U REF组 成。
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9. 2 模数转换电路
• 3. ADC0809应用说明 • (1)ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 • (2)初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 • (3)送要转换的那一通道的地址到A,B,C端口上。 • (4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 • (5)是否转换完毕，可以根据EOC信号来判断。 • (6)当EOC变为高电平时，这时给GE为高电平，转换的数据就输出给
的取样频率由取样定理确定。 • 根据采样定理，用数字方法传递和处理模拟信号，并不需要信号在整
个作用时间内的数值，只需要采样点的数值。所以，在前后两次采样 之间可把采样所得的模拟信号暂时存储起来以便将其进行量化和编码。 • 2.量化和编码 • 经过采样、保持后的模拟电压是一个个离散的电压值。对这么多离散 电压直接进行数字化(即用有限个。
• 1.集成D/A转换器DA7520 • 常用的集成D/A转换器有DA7520,DAC0832,DA00808 , DA01230,
MC1408、AD7524等，这里只对DA7520做介绍。 • DA7520的外引线排列及连接电路如图9-1-3所示. • DA7520的主要性能参数如下: • (1)分辨率:十位; • (2)线性误差 • (3)转换速度
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第9章数模与模数转换器一、选择题1．数／模转换器的分辨率取决于（）。
A．输入数字量的位数，位数越多分辨率越高；B．输出模拟电压U O的大小，U O越大，分辨率越高；C．参考电压U REF的大小，U REF越大，分辨率越高；D．运放中反馈电阻的大小，电阻越大，分辨率越高【答案】A【解析】分辨率以输出二进制数或十进制数的位数表示，它表明A/D转换器对输入信号的分辨能力。
n位二进制数字输出的A/D转换器应能区分输入模拟电压的2n个不同等级大小，能区分输入电压的最小差异为满量程输入的1/2n。
2．不适合对高频信号进行A/D转换的是（）。
A．并联比较型B．逐次逼近型C．双积分型D．不能确定【答案】C【解析】双积分型A/D转换器的原理是运用RC对时间进行积分，当有高频信号时，会影响RC积分器固定频率的时钟脉冲计数，影响结果。
3．一个八位D／A转换器的最小输出电压增量为0.02V，当输入代码为01001101时，输出电压为（）。
A ．1.54VB ．1.04VC ．2.00VD ．1.80V【答案】A【解析】V O ＝（01001101）2×0.02V ＝（26＋23＋22＋20）×0.02V ＝77×0.02V ＝1.54V 。
4．在双积分A/D 转换器中，输入电压在取样时间T 1内的平均值V I 与参考电压V REF应满足的条件是（ ）。
A ．|V I |≥|V REF |B ．|V I |≤|V REF |C ．|V I |＝|V REF |D ．无任何要求【答案】B【解析】双积分A/D 转换器的原理是将输入的模拟电压信号转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间宽度里对固定频率的时钟脉冲计数，计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字信号。
如果输入电压在取样时间T 1内的平均值V I ＞参考电压V REF ，当计数第一次就截止，无法测出比例，无法测出电压。
5．一个12位的逐次近式A/D 转换器，参考电压为4.096V ，其量化单位为（ ）。
第九章数模（DA）和模数（AD）转换电路
第九章 数模（D/A ）和模数（A/D ）转换电路一、 内容提要模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为A/D （Analog to Digital ），把实现A/D 转换的电路称为A/D 转换器（Analog Digital Converter ADC ）；从数字信号到模拟信号的转换称为D/A （Digital to Analog ）转换，把实现D/A 转换的电路称为D/A 转换器（ Digital Analog Converter 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。
二、 重点难点本章重点内容有：1、D/A 转换器的基本工作原理（包括双极性输出），输入与输出关系的定量计算；2、A/D 转换器的主要类型（并联比较型、逐次逼近型、双积分型），他们的基本工作原理和综合性能的比较；3、D/A 、A/D 转换器的转换速度与转换精度及影响他们的主要因素。
三、本章习题类型与解题方法 DAC网络DAC 权电阻 ADC 直接ADC间接ADC权电流型DAC权电容型DAC开关树型DAC输入/输出方式 并行 串行 倒梯形电阻网络DAC这一章的习题可大致分为三种类型。
第一种类型是关于A/D 、D/A 转换的基本概念、转换电路基本工作原理和特点的题目，其中包括D/A 转换器输出电压的定量计算这样基本练习的题目。
第二种类型是D/A 转换器应用的题目，这种类型的题目数量最大。
第三种类型的题目是D/A 转换器和A/D 转换器中参考电压V REF 稳定度的计算，这种题目虽然数量不大，但是概念性比较强，而且有实用意义。
（一）D/A 转换器输出电压的定量计算【例9 -1】图9 -1是用DAC0830接成的D/A 转换电路。
DAC0830是8位二进制输入的倒T 形电阻网络D/A 转换器，若REF V =5 V ，试写出输出电压2O V 的计算公式，并计算当输人数字量为0、12n - (72)和2n -1(82-1)时的输出电压。
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T型电阻网络DAC
按解码网络 D/A 结构分类 转 换
倒T形电阻网络DAC 权电流DAC 权电阻网络DAC
器
按模拟电子开 CMOS开关型DAC 关电路分类 双极型开关型DAC
电流开关型DAC
ECL电流开关型DAC
6
9.1.1 倒T形电阻网络D/A转换器
1、原理电路
输入二进制数
求和运算放大器
(LSB)
数字量 n位
DAC
模拟量
O = K NB
3
2. 实现D/A转换的基本思想
将二进制数NB＝(11001)B转换为十进制数。 ND＝b4×24＋b3×23＋b2×22＋b1×21＋b0×20
＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20
数字量是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, 从而实现数字量-----模拟量的转换。
7
9.1.1 倒T形电阻网络D/A转换器
2、D/A转换器的倒T形电阻网络
流过各开关支路的电流：I3 =？I2 =？ I1 =？ I0 =？ 基准电源VREF提供的总电流为：I =？
R
R
R
R
A
B
C
D
I/16
I/8
I/4
I/2
2R
2R
A
I/16
I0 2R
R B
I/8
I1 2R I2 2R I3
R
R
I/4 C
I0 R 2R
I1 R
2R
I2 2R
R
I3 I +VREF
总电流： 输出模拟电压：
i ＝D0 I0 + D1I1 +D2 I2 +D3 I3
V DDDD
( ) REF
0
1
2
3
R 24
23
22
21
RV3
O iR f R f 2 R 4Ei F 0(D i2i )
9
4位倒T形电阻网络DAC的输出模拟电压：
模拟电子开关
D0
D1
(MSB)
Rf
D2
D3 i
–
+
输 出
vO
模
拟
电阻网络
电
2R
S0
S1
S2
S3
压
2R
I/16 R
2R
I/8 R
2R
I/4 R
2R
I/2
+VREF
基准电压
I
I
I
I
I
根DD据ii==何运10,,种放SS1位ii••6线将接电模置性电运阻拟，运阻算8网电与用放2S络子R时i大相接开虚器连4地地关的反的2相概R电端2念阻，可将电知接，流“无Ii地流论”入模求拟或开虚和关地电。S路i处于 • 求和运算放大器
D4
D3
D2
D1 D0
模拟量
11
1
1
1
11
实际的权电流D/A转换器电路
基准电流产生电路
(M SB )
D3
D2
(LSB)
D1
D0
i
+VREF R1
I REF
VREF R1
S3
+ A2
–
I
-
2
Tr
T3
T2
+
IRE
IE3
F
S2
S1
S0
I
I
I
4
8
16
T1
T0
TC
IE2
IE1
IEO
R
2R
2R
2R
2R 2R
–VEE
R
R
R
Rf
–
A1
O
+
I 16
O
VREF R1
Rf 2n
n1
Di 2i
i0
IEC
偏
置
IBB 电
流
各BJT的 发射
结电压相等
O i R f R 2 fV 4 R R 1 E F(D 32 3 D 22 2 D 12 1 D 02 0 )
13
9.1.4 D/A转换器的输出方式
表9.1.1 8位D/A转换器在单极性输出时的输入/输出关系
D7
D6
D5
III I O iR f R f(2 D 3 4 D 2 8 D 1 1D 0 6 )
I
R (D 2 3 D 2 2 D 2 1 D 2 0)
2 4
f
3
2
1
0
I
3
R D2i
24
f
i
i0
在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和 压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度1。2
10
关于倒T型电阻网络D/A转换器精度的讨论
为提高倒T型电阻网络D/A转换器的精度，对电路参数的要求：
OV2RE nFR Rf ni01(Di 2i)
(LSB)
D0
D1
(MSB
D2
D) 3
i
Rf
–
A
O
+
S0
S1
S2
S3
(1) 基准电压稳定性好；
2R
2R
2R
2R
2R
R
R
R
+VREF
(2) 倒T形电阻网络中R和2R电阻比值的精度要高；
4
3. D/A转换器的组成:
基 准 电 压
n位 数 字 数 码
量 输 入 寄 存 器
n位 模
拟 开 关
解 码 网 络
求 和 模 拟 量 电 路 输 出
存放数字量 的各位数码
由输入数字 量控制
产生权电流
将权电流相 加产生与输入 成正比的模拟 电压
DAC的数字数据可以并行输入也可串行输入 5
4. D/A转换器的分类:
D I/2
I VREF
I
R
VREF
流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。
I3= VREF / 2R I2= VREF / 4R I1= VREF / 8R I0= VREF /16 R 8
3. 工作原理：
(LSB)
D0
D1
(MSB
D2
D) 3
i
Rf –
A
O
+
S0
S1
S2
S3
2R
2R
1
将温度、压力、流 量、应力等物理量 转换为模拟电量。
计算机进行数字处 理（如计算、滤 波）、保存等
用模拟量作为 控制信号模拟 传感器A源自 转D换器数字控制 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已成为数字系统中不可缺少的接口电路。
2
9.1 D/A转换器
1、概述: 将数字量转换为与之成正比模拟量。
O iRf
RRf V2RE4F
3 i0
(Di 2i)
n 位倒T形电阻网络DAC有：
OV2RE nFR Rf ni01(Di 2i)
令：
K VREF Rf , 2n R
则 O = – K NB
n1
NB (Di 2i ) i0
在电路中输入的每一个二进制数，均能得到与之成正比的模拟 电压输出。
(3) 每个模拟开关的开关电压降要相等。
(4) 运放的零漂要小； 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。
11
权电流D/A转换器
(LSB)
D0
D1
(MSB)
D2
D3
i
S0 –VREF
S1
I 16
S2
I
I
8
4
S3
I 2
Rf
–
O
+
Di =1时，开关Si接运
放的反相端;
Di= 0时，开关Si接地。
Analog Digital Converter and Digital Analog Converter
教学基本要求
1、掌握倒T形电阻网络D/A转换器(DAC)、集成D/A转 换器7533的工作原理及相关计算。 2、掌握并行比较、逐次比较、双积分A/D转换器(ADC) 的工作原理及其特点。 3、正确理解D/A、A/D转换器的主要参数。