数模转换和模数转换PPT课件

第10章 数-模转换和模-数转换
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。
分辨率
U Um

1 2n 1
分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越
灵敏。 而分辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率
越高。
第10章 数-模转换和模-数转换
2. 转换精度是实际输出值与理论计算值之差，这种差 值，由转换过程各种误差引起, 主要指静态误差，它包括：
① 非线性误差。它是电子开关导通的电压降和电 阻网络电阻值偏差产生的，常用满刻度的百分数来表示。
递减， 流入运算放大器的电流为
22

D1
I 2n1

D0
I 2n

I 2n
( Dn 1 2n 1

Dn2 2n2


D1 21

D0 20 )

I 2n
n 1
Di 2i
i0
第10章 数-模转换和模-数转换
运算放大器的输出电压为
U I
第10章 数-模转换和模-数转换
集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲， 主要是减少输出模拟信号负载变化的影响，并将电流转 换为电压输出。
当Di=1时，Si将相应的权电阻Ri=2n-1-iR与基准电
压UR接通，此时，由于运算放大器负输入端为虚地，该支
路产生的电流为
Ii

UR 2n1i R

UR 2n1 R
② 比例系数误差。它是参考电压UR的偏离而引起 的误差，因UR是比例系数， 故称之为比例系数误差。当 ΔUR一定时，比例系数误差如图 10 - 4 中的虚线所示。
第10章 数-模转换和模-数转换
图 10-4 比率系数误差
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③ 漂移误差。它是由运算放大器零点漂移产生 的误差。当输入数字量为 0 时，由于运算放大器的零 点漂移，输出模拟电压并不为 0。这使输出电压特性与 理想电压特性产生一个相对位移，如图 10-5 中的虚线 所示。
10.2.4 八位集成DAC0832
图 10-6 集成DAC0832框图与引脚图
i0
运算放大器的输出电压为
U

Rf
I


RfUR 2n1 R
n 1 i0
Di 2i
若Rf=1/2R，代入上式后则得
U


RfUR 2n1 R
n1
Di 2i
i0


UR 2n
n1
Di 2i
i0
第10章 数-模转换和模-数转换
从上式可见，输出模拟电压U的大小与输入二进 制数的大小成正比，实现了数字量到模拟量的转换。
1. 权电阻网络D/A转换器
图 10-2 权电阻DAC
第10章 数-模转换和模-数转换
开关Si的位置受数据锁存器输出的数码Di控制，当 Di=1时，Si将电阻网络中相应的电阻Ri和基准电压UR接通； 当Di=0时，Si将电阻Ri接地。
权电阻网络由n个电阻（20R~2n-1R）组成，电阻值 的选择应使流过各电阻支路的电流Ii和对应Di位的权值成 正比。例如，数码最高位Dn-1， 其权值为2n-1，驱动开关 Sn-1，连接的电阻Rn-1=2n-1-(n-1)=20R； 最低位D0，驱动开关 S0，连接的权电阻为R0=2n-1-(0)R=2n-1R。因此，对于任意位 Di，其权值为2i，驱动开关Si，连接的权电阻值为Ri=2n-1-iR， 即位权（i）越大,对应的权电阻值就越小。
当D=Dn-1…D0=0时，U=0。
当D=Dn-1…D0=11…1时， 最大输出电压
Vm


2n 2n
1U
R
因而U的变化范围是
2n 1 0 ~ 2n UR
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2. 倒T型电阻网络D/A转换器
图 10-3 R-2R倒T型DAC
第10章 数-模转换和模-数转换
从图10-3中可以看出，由UR向里看的等效电阻为R， 数码无论是 0 还是 1，开关Si都相当于接地。因此，由UR 流出的总电流为I=UR/R，而流入2R支路的电流是依2的倍速
D/A转换器的一般结构如图10-1所示， 图中数据锁存
器用来暂时存放输入的数字信号。n位寄存器的并行输出分 别控制n个模拟开关的工作状态。通过模拟开关，将参考电
压按权关系加到电阻解码网络。
第10章 数-模转换和模-数转换
图 10-1 DAC方框图
第10章 数-模转换和模-数转换
10.2.2 D/A转换器的主要电路形式
Rf


IR f 2n
n1
Di 2i
i0
若Rf=R，并将I=UR/R代入上式， 则有
U


UR 2n
n1
Di 2i
i0
可见，输出模拟电压正比于数字量的输入。
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10.2.3 D/A转换器的主要技术指标
1.分辨率
分辨率是指输入数字量最低有效位为 1 时，对
应输出可分辨的电压变化量ΔU与最大输出电压Um之比，即
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图 10-5 漂移误差
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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。
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第10章 数-模转换和模-数转换
10.2 D/A转换器（DAC）
10.2.1 D/A
D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟 信号，以电压或电流的形式输出。因此，D/A转换器可以看 作是一个译码器。一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟 电压U和输入数字量D之间成正比关系，即U=KD，式中K为常 数。
2i
当Di=0时，由于Si接地，Ii=0。因此，对于Di位所产生的
电流应表示为
Ii

UR 2n1i R

UR 2n1 R
2i Di
第10章 数-模转换和模-数转换
运算放大器总的输入电流为
I

n1
Ii
i0
n1

i0
UR 2n1 R
Di 2i

UR 2n1 R
n1
Di 2i