数电9模数与数模转换电路
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数字电子技术基础实践训练实验九数模与模数转换电路EWB仿真实验
实验九 数模与模数转换电路 EWB仿真实验
2021/7/26
一、实验目的
1）熟悉D/A转换与A/D转换的基本概念及其转换关系。 2）了解D/A转换与A/D转换集成器件的使用方法及功能。
2021/7/26
二、实验说明
D/A转换电路是将输入的数字量转换成模拟量的一种电路组 成，其输出的模拟电压Uo或模拟电流Io与输入的数字量成比例，
关和数据寄存器组成。
A/D转换电路是把连续变化的模拟信号转换成相应的数字信 号的一种电路组成。A/D转换电路通常由取样、保持、量化和编
码四个部分组成。
常用的A/D转换器有并联比较型A/D转换器、逐次比较型 A/D转换器和双积分型A/D转换器等多种类型。
2021/7/26
三、实验步骤
1） 4位R－2R倒T形D/A转换器 在实验工作区搭建实验电路。对应三组4位二进制数，
2021/7/26
当时钟频率为20Hz时，DAC输出电压波形如图所示
对照DAC输出的阶梯形电压波形，分析、验证 DAC的数模转换功能。
2021/7/26
3）3位并联比较型A/D转换器 由分压电阻、集成运放电压比较器8线－3线优先编码器、
门电路和译码显示电路构成的3位并联比较型A/D转换器如图 所示。
1111、1110、1101，分别设置模拟开关Si的状态，进行仿真 实验。
2021/7/26
把所测数据记入表中，分析、验证R－2R倒T形D/A转换 器的工作原理。
输入信号
工作状态
输出电压 U0（V）
D3 D2 D1 D0
I3
I2
I1
I0
I∑
1111
1110
1101
Kv＝
2021/7/26
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一、实验目的
1）熟悉D/A转换与A/D转换的基本概念及其转换关系。 2）了解D/A转换与A/D转换集成器件的使用方法及功能。
2021/7/26
二、实验说明
D/A转换电路是将输入的数字量转换成模拟量的一种电路组 成，其输出的模拟电压Uo或模拟电流Io与输入的数字量成比例，
关和数据寄存器组成。
A/D转换电路是把连续变化的模拟信号转换成相应的数字信 号的一种电路组成。A/D转换电路通常由取样、保持、量化和编
码四个部分组成。
常用的A/D转换器有并联比较型A/D转换器、逐次比较型 A/D转换器和双积分型A/D转换器等多种类型。
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三、实验步骤
1） 4位R－2R倒T形D/A转换器 在实验工作区搭建实验电路。对应三组4位二进制数，
2021/7/26
当时钟频率为20Hz时，DAC输出电压波形如图所示
对照DAC输出的阶梯形电压波形，分析、验证 DAC的数模转换功能。
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3）3位并联比较型A/D转换器 由分压电阻、集成运放电压比较器8线－3线优先编码器、
门电路和译码显示电路构成的3位并联比较型A/D转换器如图 所示。
1111、1110、1101，分别设置模拟开关Si的状态，进行仿真 实验。
2021/7/26
把所测数据记入表中，分析、验证R－2R倒T形D/A转换 器的工作原理。
输入信号
工作状态
输出电压 U0（V）
D3 D2 D1 D0
I3
I2
I1
I0
I∑
1111
1110
1101
Kv＝
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数字电路-数模转换
d2
I 22
d1
I 23
d0
I 24
)
IRF 24
(d3 23
d2 22
d1 21 d0 20 )
IRF 24
3
(di 2i )采用恒流源电路后对提高转换精度有什么好处？
i0
9.2.7 D/A转换器的主要技术指标
1.分辨率
分辨率：D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 实际应用中用输入数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。
八位集成ADC0809
图 9-17 ADC0809 (a) 电原理框图； (b) 引脚图
2. 主要技术指标 分辨率： 八位。
转换时间： 100μs 。
功耗： 15mW 电源： 5V 。
图 9-4 比例系数误差
图 9-5 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。
§9-3 A/D转换器（ADC）
A/D
A/D转换是将模拟信号转换为数字信号， 转换过程:
工 作 波 形
ADC
电路实现
9.3.5 A/D转换器的主要技术指标
1.
分辨率指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力。 从理论上讲，一个n位二进制数输出的A/D转换器应能区 分输入模拟电压的2n个不同量级。 例如，A/D转换器的输出为 1221n位F二SR进制数，最大输入模 拟信号为 10V，则其分辨率为
1V 13/15 V 11/15 V 9/15 V 7/15 V 5/15 V 3/15 V 1/15 V
第9章数模和模数转换
Vref 2n
i
1 LSB 2
~
Vref 2n
i
1 2
LSB
Xi
i = 0, 1, 2,…, n-1.
1 2
LSB
Vref 2n1
称为量化误差
9.3.1 ADC的工作过程
1. 采样与保持 采样：按一定的时间间隔取信号一瞬间的值。
输入信号 采样脉冲 采样信号
为采样时间
TS 为采样周期
x2 4
x3 8
Vref 23 R
x122 x2 21 x3 20
Vref 23 R
X
V0 iRf
Vref 23
Rf R
X
当 Rf
R
时， V0
Vref 23
X
9.1.4 R-2R倒梯形DAC
从每个节点(ABC)向右看，等效电阻都是2R。因
此每过一个节点，电流减小一半。
x1
Vref R
x2
Vref 2R
x3
Vref 4R
R f Vref 22 R
x122 x2 21 x3 20
Vref 23
X
其中取 R 2R f ，x1, x2 , x3 取值为0或1。
9.1.3 R-2R T形电阻网络DAC
(1) 当 x3 = x2 = 0, x1 = 1 时
普通电视图象信号，最高频率达 5.5MHz，用 24位真彩 色，采样频率用 11MHz，则转换输出码率为 264Mb ps，即 31.47MByte ps。用普通光盘可以存储约 20秒种。
数字逻辑电路数摸转换和模数转换
UREF
图8.6
3
8.1 数／模转换电路(DAC)
2. 工作原理 四位倒T型电阻网络的等效电路如图所示。
图8.7 四位倒T型电阻网络的等效电路
4
8.2 模／数转换电路（ADC）
模／数转换电路的作用是将输 入连续变化的模拟信号变换为与其成正比的数字量信号输出。在进行模／数(即 A／D)转换时，通常按取样、保持、量化、编码四个步骤进行。 A／D转换器的种类很多，按其工作原理不同来划分，可分为直接A／D转换 器和间接A／D转换器两大类型。 直接A／D转换器具有较快的转换速 度，典型电路有并行比较型A／D转换器， 逐次比较型A／D转换器。间接A／D转换 器由于要先将模拟信号转换成时间或频 率，再将时间或频率转换为数字量输出， 所以转换速度慢。 在此仅简述逐次比较型A／D转换器。 转换原理——右图是逐次比较型 A／D转换器的逻辑框图。 逐次比较型A／D转换器的工作过程 可以用天平测量物体质量来比喻。
5
数字逻辑电8章 数摸转换 和模数转换
8.1 数／模转换电路(DAC) 8.2 模／数转换电路（ADC）
2
8.1 数／模转换电路(DAC)
数／模转换器(即DAC)是数字系统和模拟系统的接口，它将输入的二进制代 码转换为相应的模拟电压输出。数／模转换有多种方法，如权电流法、权电阻法、 倒T型R－2R网络法等。 在此仅讲述倒T型R－2R网络法。 一、R－2R倒T形电阻网络D／A转换电路 1. 电路组成 图8.6所示 的是4位倒T形电阻网络D／A转换电路 。它由求和运算放大器， 基准电压URET，R－2R倒T形电阻网络和电子模拟开关S0～S3等四部分组成。
数字电路与逻辑设计-第9章 数模与模数转换
II00＝0 00
R R ， ， + + - - A A + +
++
VVoo
––
++VVRR
DD33
DD22
DD11
DD00
1
0
10
V O R F (I3 I0) R R FV R (2 3 2 1 ) R R FV R (1B 01
9.1.2 倒T型电阻网络D A转换器
为减小采样信号的失真，采样开关S
的控制信号CPs的频率fs必须满足 fs≥2fimax。(fimax 为输入电压频谱
中的最高频率)
采保 采保采保 采 保采保 样持 样持样持 样 持样持
t
9.2.2并行A/D转换器
1.分压器
分压器由7个电阻串联
而成，将基准电压VR分
成1/15VR～13/15VR和
VR8个参考电压，其中前
u– u+
–+ +
uo
Auo越大，运放的 线性范围越小，必
须加负反馈才能使
其工作于线性区。
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– –
i+ +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– )
uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+= u– ,称“虚短”
电压传输特性
uo +Uo(sat)
将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换 器(简称D/A转换器或DAC)
9.1 D/A转换器
9.1 D/A转换器 9.2 A/D转换器 9.3 小结
《数字电子技术基础》第9章.数模模数转换电路
9.2 A/D转换电路
6.逐次比较寄存器
3个边沿RS触发器用 来暂存变化的二进制数字。
1号触发器寄存二进制数
的最低位（LSB），3号触 发器寄存二进制数的最高 位（MSB）。
9.2 A/D转换电路
7.输出电路
9.2 A/D转换电路
8.工作原理
例9.2.2在图9.2.8中3位A/D转换电路中,3位D/A转换电路中参考电压 UREF=7 V，若模拟输入电压ui=5.6 V，输出的3位数字量Q2Q1Q0为多少？ 解：经采样保持电路将输入模拟电压ui=5.6 V转换ui=5.6 V。开始 环形计数器的QA=1，则RS触发器输出Q3Q2Q1=100，所以uo=4-0.5=3.5 V。 因为uo＜ui，所以CO=0。在第2个时钟脉冲上升沿到来后，QB=1，RS触发器 输出Q3=1，Q2=1，此时Q3Q2Q1=110，所以uo=6-0.5=5.5 V。因为uo＜ui，所 以CO=0。接着第3个时钟脉冲上升沿到来后，QC=1，RS触发器输出 Q3Q2Q1=111，经D/A转换器后uo=7-0.5=6.5 V，使uo＞ui，CO=1。在第4个时 钟脉冲上升沿到来后，QD=1，RS触发器Q3Q2Q1变化为110。在第5个时钟脉 冲上升沿到来后，QE=1，打开输出门GA、GB、GC，将转换的数字结果读出， 即模拟输入电压为5.6 V时,转换为三位二进制码110。
第9章 数/模和模/数转换电路
本章小结 各种电路在精度、转换速率及其他参数等方面各具特色，因而应用 都比较广泛。电压时间变换型精度高，抗干扰能力强，对元件稳定 性要求较低，在低转换速率的场合下应用广泛。电压频率变换型对 于调频信号具有较高的抗干扰能力，也用于低速的遥测、遥控系统。 并行比较型转换速度快，但集成度相对不高，且易受干扰，主要应用 于超高速A/D转换电路中。逐次比较型转换精度较高，成本较低，速 度低于并行比较型，应用最为广泛。另外，A/D转换器的其他实现方 法有Σ-Δ型A/D转换电路、流水线A/D转换电路等。 根据实际需要的转换精度、转换速率、功耗等指标选择A/D转换电路 和D/A转换电路，还应注意便于与其他数字系统或者微型计算机接口。
数字电路逻辑设计第9章 数模及模数转换
注意: 无论是权电阻网络D/A转换器还是倒T 型电阻网络D/A转换器, 在分析过程中, 都把 电子 模拟开关当作理想开关处理, 没有考虑 它们的导通电阻和导通电压降。 在实际应用中, 这些 开关总 有一定的导通电 阻和导通压降, 而且每个开关的情况不完全 相同。它们的存在无疑将引起转 换误差, 影 响转换精度。为了克服这一问题, 常采用权 电流D/A转换器。
第9章 D/A及A/D转换
随着数字技术,特别是计算机技术的发展,在现代控 制、通信及检测领域中,为提高系统的性能指标, 对信号的处理广泛地采用了计算机技术。由于计算 机只能处理数字信号,而系统的实际对象往往是一 些模拟量, 因此需要将模拟信号转换成数字信号后 才能送给数字系统进行处理。同时,往往还需要把 处理后得到的数字信号再转换成相应的模拟信号, 作 为最后的输出。通常把数字信号转换成模拟信 号的电路或器件称为D/A转换器或DAC； 将模拟 信号转换数字信号的电路或器件称为A/D转换器或 ADC。
K=0
上式表明, 输出电压正比于输入数字量, 从而实现了 从数字量到模拟量的转换。权电阻网络D/A转换器 的优点是电路结构比较简单, 所用的电阻元件数比 较少。它的缺点是 各个电阻的阻值相差比较大, 尤 其是在输入信号的位数较多时, 这个问题更突出。 例如当输 入信号增加到8位时, 如果权电阻网络中 最小的电阻为R=10KΩ, 那么最大的电阻值将达到 27R(=1.28M), 两者相差128倍之多。要想在极为宽 广的阻值范围内保证每个电阻都有很高 的精度是十 分困难的, 尤其对制作集成电路更加不利。为了克 服权电阻网络DAC中电阻值相 差太大的缺点, 常采 用倒T型电阻网络D/A转换器。
3. 转换时间 D/A转换器的转换时间, 又称建立时间, 是描述D/A转 换速度快慢的一个重要参数。所谓建立 时间, 是指 D/A转换器中输入代码有满度值的变化时, 其输出模 拟电压(或电流)达到满度值 ±(1/2)LSB时所需要的 时间。 不同型号的D/A转换器, 其建立时间不同。电流型 D/A转换较快, 一般在几百纳秒到几微秒之 内; 而电 压型D/A转换器较慢, 建立时间主要取决于运算放大 器的响应时间。 D/A转换器中的电阻网络、模拟开关和驱动电路均为 非理想电阻性器件, 各种寄生参量及开 关电路的延 迟响应特性均会使转换器产生过渡过程。实际建立 时间的长短不仅与转换器本身 的转换速率有关, 还 与数字量变化的大小有关。输入数字量从全0变到全 1时, 建立时间最长 , 称为满量程变化的建立时间。 一般手册上给出的都是满量程变化的建立时间。
《数字电子技术基础》第9章.数模模数转换电路概要
9.2 A/D转换电路
9.2.4 双积分A/D转换电路
图9.2.10是一个n位双积分A/D转换电路，它由积分器A1、比 较器A2、n位二进制计数器和控制逻辑电路四部分组成。
图9.2.10
双积分A/D转换电路
9.2 A/D转换电路
双积分A/D转换电路先把电压转换成中间 量时间，再将时间转换为数字量，所以也称为 V T转换电路。还可以把电压转换成其他物理 量，如先把电压转换成频率，再将频率转换为 数字量，即V F转换电路。上述介绍的转换方 法属于间接转换，双积分A/D转换电路是间接 转换方法中应用最为普遍的电路。逐次比较、 并行比较等A/D转换方法直接将电压转换为数 字，属于直接转换法。
图9.1.4
权电阻网络D/A转换电路
9.1 D/A转换电路
9.1.2 倒T电阻网络
n位倒T电阻网络D/A转换电路原理图如图9.1.5所示。
图9.1.5
倒T电阻网络D/A转换电路
9.1 D/A转换电路
9.1.3 权电流D/A转换电路
倒T电阻网络D/A转换电路中的模拟开 关存在着导通电阻和导通压降，它们会引 起流过各支路的电流变化，产生转换电流 误差问题。为了改进倒T电阻网络D/A转 换电路的精度，可以采用恒流源代替各支 路电阻产生电流的权电流D/A转换电路。
9.2 A/D转换电路
A/D转换是D/A转换的逆过程，在A/D转换 电路中，将一个输入连续的模拟信号变换为输 出离散的数字信号。若模拟参考量为UERF，则 输出数字量D和输入模拟量A之间的关系为
9.2 A/D转换电路
9.2.1 采样-保持电路
在A/D转换过程中， 持电路，使输入A/D转 换电路的信号在一次转 换时间内保持不变。 所谓采样就是将一 个时间上连续变化的模 拟量转换为时间上离散 的模拟量。图9.2.3表 示出了模拟信号与采样 信号的波形关系。 图9.2.3 模拟信号采样过程
模块9数模转换和模数转换
量化值 0V（0） 1/8V（1） 2/8V（2） 3/8V（3） 4/8V（4） 5/8V（5） 6/8V（6） 7/8V（7）
二进制输出 000 001 010 011 100 101 110 111
模拟信号采样值不一定恰好等于某个量化值，总会有偏差，这 种偏差称为量化误差。上述量化方法中的最大量化误差为=l/8 V。
号，合理的取样频率由取样定理确定。 取样定理：设取样脉冲 S（t）的频率为 fs ，输入模拟信号 X
（t）的最高频率分量的频率为 f max ，则 fs 与 f max 必须满足如下关
系：
fs ≧2 f max
即采样频率大于或等于输入模拟信号 X（t）的最高频率分量 f max 的两倍时，取样后输出信号 Y（t）才可以正确的反应输入信
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课题1 数模转换
DA7520的外引线排列及连接电路
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课题1 数模转换
引脚功能说明
4～13为十位数字量的输入端； 1为模拟电流IO1输出端，接到运算放大器的反向输入端； 2为模拟电流IO2输出端，一般接地； 3为接地端； 14为COMS模拟开关的+UDD电源接线端； 15为参考电压电源接线端，UR可为正值或负值； 16为芯片内部一个电阻R的引出端，该电阻作为运算放大器的反馈电阻 RF，他的另一端在芯片内部接IO1端。 DA7520的主要性能参数如下： 分辨率：十位 线性误差：± （1/2）LSB（LSB表示输入数字量最低位），若用输出电压 满刻度范围FSR的百分数表示则为0.05%FSR。 转换速度：500ns 温度系数：0.001%/℃
出给单片机了。
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留，比较器输出为 l；若 ui < uo ，说明寄存器输出数码过大，舍去这
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
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。
电路中的模数转换与数模转换
电路中的模数转换与数模转换在电路中，模数转换和数模转换是非常重要的概念。
它们分别指的是将模拟信号转换为数字信号和将数字信号转换为模拟信号的过程。
首先，让我们来了解一下什么是模拟信号和数字信号。
模拟信号是连续变化的信号，可以取任何值，例如声音、光线、温度等。
而数字信号是离散的信号，只能取有限个特定的值，通常用0和1表示。
数字信号常用于计算机和通信系统中，因为它们易于处理和传输。
模数转换是指将模拟信号转换为数字信号的过程。
这个过程通常由模数转换器（ADC）完成。
ADC将连续的模拟信号按照一定的采样率进行采样，并将每个采样点的模拟值转换为对应的数字值。
这些数字值可以代表模拟信号的幅度、频率等信息。
模数转换的精度取决于ADC的位数，位数越高，转换精度越高。
模数转换在很多领域中发挥着重要作用。
例如，音频系统中的模数转换用于将声音信号转换为数字信号，以便在计算机中进行音频处理和存储。
在医疗设备中，模数转换被用来测量生理信号，如心电图、血压等。
在工业控制系统中，模数转换被用来监测和控制各种物理量，如温度、湿度、压力等。
接下来，让我们来谈谈数模转换，它是将数字信号转换为模拟信号的过程。
数模转换通常由数模转换器（DAC）完成。
DAC接收一串二进制数字，并将其转换为对应的模拟值。
数模转换的精度也取决于DAC的位数，位数越高，转换精度越高。
数模转换常用于数字系统与模拟设备之间的接口。
例如，在音频系统中，数模转换器将数字音频信号转换为模拟音频信号，以便输出到扬声器中。
在图像系统中，数模转换器将数字图像信号转换为模拟图像信号，以便输出到显示屏上。
除了模数转换和数模转换，还有一些相关的概念值得一提。
一个是采样率，它表示模拟信号的采样频率。
采样率越高，可以获取到更多的模拟信号细节，但也会增加处理和存储的成本。
另一个是量化误差，它表示模拟信号与转换后的数字信号之间的差异。
量化误差取决于ADC或DAC的精度，以及信号的动态范围。
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(
) 256
Vref
(
128) 256
Vref
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127 ) 256
000 0 0001 00 0 0 0 0 0 0
1
Vref
(
) 256
Vref
(
0) 256
2. 双极性输出方式 2的补码
NB D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1
2R1
偏移二进制码
VREF
N’B
i
Rf = R 1 R1
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
(LSB)
(MSB)
Rf
D0
D1
D2
D3
i
–
O
+
S0
S1
S2
S3
I
I
I
I
16
8
4
2
Di =1时，开关Si接运放 的反相端;
–VREF
Di= 0时，开关Si接地。
O 2 2I i I4 4R R fRf f(D i3R 3 0 f D2 (2 I 3 i D 23 D i 24 I 2 D 2 2 D 8 I 1D 2 1 1 1 D I 6 0 D 2 0 采 换) 0 ) 用 精恒度流有源什电么路好后处对？提高转
–
转换器
Dn-1 VREF
R1
R2
同相输出
O iRf
OiR(1R2/R1)
表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
D4
D3
D2
D1 D0
…
1 1 1 1 1 11 1
100 100 011
…
0 00 0 1 0 0000 1 1111
模拟量
Vref
(
255) 256
129
Vref
VR R EF(D 24 0D 23 1D 22 2D 21 3)
VREF 24 R
3 i0
(Di 2i
)
4 位倒T形电阻网络DAC的输出模拟电压：
O
iRf
Rf VREF R 24
3
(Di 2i)
i0
推广到 n 位倒T形电阻网络DAC,有：
令： 则
OV2RE nFR Rf ni01(Di 2i)
K
VREF 2n
Rf R
,
n1
NB (Di 2i )
i0
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
传感器 (温度、压力、 流量、应力等）
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
模拟 传感器
A/D 转换器
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
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
(LSB)
模拟电子开关
D0
D1
电阻网络
(MSB)
Rf
D2
D3 i
–
+
2R
S0
2R
I/16 R
2R
I
I
16
8
S1
I/8 R
2R
I 4
S2
I/4 R
2R
I 2
S3 I/2 +VREF I
输 出
vO
模 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。
R1
O
8 位倒T 形电阻
网络D/A 转换器
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
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
A
B
C
D
I/16
I/8
I/4
I/2
2R
2R
A
I/16
I0 2R
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。
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
D0 D1
…
Dn-1
倒T形 电阻网 络 D/A 转换器
VREF
i
Rf
–
A
vO
+
反相输出
D0
i
D1
倒T形
+
电阻网
A
vO
… 络 D/A R
R B
I/8
I1 2R I2 2R I3
R
R
I/4 C
D I/2
I V REF
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。
(LSB)
D0
D1
(MSB
D2
D) 3
i
Rf –
A
O
+
S0
S1
S2
S3
2R
2R I0
2R I1
2R I2 2R I3
R
R
R
I
+VREF
流入运放的总电流：
i ＝ I0 + I1 + I2 + I3 2 I4D 02 I3D 12 I2D 22 I1D 3
u o K u ( d n 1 2 n 1 d n 2 2 n 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
4. D/A转换器的组成:
基 准 电 压
电阻网络 模拟电子开关 求和运算放大器
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
1 概述 2 D/A(Analog to Digital)转换器 3 A/D (Digital to Analog)转换器
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。
3.转换特性
uo(V)
D/A转换器的转换特性
7 6
是指其输出模拟量和输
5
入数字量之间的转换关系。 4
3
2
1
D
0
000 001 010 011 100 101 110 111 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：