半导体集成电路_17DA与AD转换器解析

（4） 非线性误差
非线性误差表示实际转 换曲线和理想曲线的最 大偏差.
非线性误差
1LSB
理想输出特性
000 001 010 011 100 101 110 111
数字输入码
§12.2 D/A 转换器的基本类型 一、电压定标
以VFS归一化的模拟输出值
VREF
R
b2
b1
R
b2
b0
R
b2 b1
R
b2
R
b2
半导体 集成电路
知识要点复习
数字集成电路
模拟集成电路
1
0
输入与输出量均为二 进制的数字，不是高 电平，既是低电平， 在数字电路中表现为
“0”，“1”。
输入与输出量为连续变 化的模拟量，在电路中 用连续的电压值或电流
来标定
现实生活中的电路系统
存储的数据是数字格式
将模拟的信号转化成
数字信号的过程
表征像素值的量 是模拟的值
数字输入码
以VFS归一化的模拟输出值
（3） 增益误差
增益误差又称比例误差 ，是指转换器实际的转 换曲线和理想在满刻度 时的差值(当失调误差 为零时),以满刻度的百 分比表示
增益误差
1LSB
理想输出特性
000 001 010 011 100 101 110 111
数字输入码
以VFS归一化的模拟输出值
本次课内容
•D/A变换器的基本原理
•基本原理 •分类 •技术指标
•D/A变换器的基本类型
•电压定标 •电荷定标 •电流定标
•D/A变换器的设计原则
•本次课小结
§12.1 D/A 转换器的基本原理
一、基本原理
数字信号
bbb012
D/A
模拟信号
…
bN-1
电压或电流量（设为VOUT）
基本D/A变换器
如 (1101)2 1 23 1 22 1 20 8 4 1 13
数
数字信号 输入（并
据 锁
行）
存
控制信号
D/A
输出采 样与保
持
模拟输出
实际应用中的D/A变换器
二、DAC 的分类
1.按输出信号类型分： VOUT KVREF D
❖ 电流输出型：输出信号为电流（如THS5661A) ❖ 电压输出型：输出信号为电压(如TLC5620)
2.按能否作乘法运算：
❖ 乘算型：基准电压可变的DAC(如AD7533)
以VFS归一化的模拟输出值
VREF
R
b2
b1
R
b2
b0
R
b2 b1
R
b2
R
b2
b1
R
b2
V KV D K——比例因子
VREF——基准电压 D——数字代码
D' 2N 1b0 2N 2 b1 21bN 2 20 bN 1
VOUT
KVREFLeabharlann Baidu
D' 2N
OUT
REF
参考电压 VREF
D 比例网络
DVREF
K
K
输出放大器
VOUT
二进制开关
…
b0b2 b3 bN-1
D/A变换器原理框图
数字输入码
V
VFS 2N
(1LSB)
Vo,max
(2N
1)VFS 2N
V 5 0.625V 23
111 4.375 111
110 3. 750
4.375
101 3.125
100 2.500
011 1.875
010 1.250 000
0V
001 0.625
000 0.000
串行数据输入
无限精度特性
1LSB
000 001 010 011 100 101 110 111
数字输入码
以VFS归一化的模拟输出值
（2） 失调误差 失调误差也叫漂移误差， 定义为输入为零时的输出 模拟值
由转换器中放大器失调产生
1LSB
理想输出特性
失调误差
000 001 010 011 100 101 110 111
在照相的过程中， 每一个像素点感受 来自大自然的光， 针对不同的光强及 色度，呈现不同的 色彩，完成成像过 程
将存储数字的信号转化成 模拟信号再现图像
第12章 D/A与A/D转换器
DAC (Digital to Analog Converter)：数/模转换器 ADC (Analog to Digital Converter)：模/数转换器
b1
R
b2
b0
R
b2 b1
R
b2
+
VOUT
A
0
000
数字输入码
§12.2 D/A 转换器的基本类型 一、电压定标
以VFS归一化的模拟输出值
VREF
R
b2
b1
R
b2
b0
R
b2 b1
R
b2
R
b2
b1
R
b2
b0
R
b2 b1
R
b2
+
VOUT
A
0
000 001
数字输入码
§12.2 D/A 转换器的基本类型 一、电压定标
2.建立时间:
一个数字量转换成稳定模拟量所需要的时间。一般电 流输出型较短，电压输出型较长。
3.静态特性:是与时间无关的特性,反映静态工作时
实际模拟输出接近理想特性的程度。用失调误差、增益 误差、非线性误差和单调性等指标来描述。
以VFS归一化的模拟输出值
（1）无限精度特性曲线
当N∞时,LSB0
N位D/A转换器的传输 特性由阶梯曲线变为 直线
预处理
(滤波、ADC）
模拟
数字处理 （微处理器）
后处理 （数模转换(DAC)）
模拟
数字
典型的信号处理系统框图
本章内容提要
•D/A变换器的基本原理 •D/A变换器的基本类型
•电压定标 •电荷定标 •电流定标
•D/A变换器的设计原则 •A/D变换器的基本原理 •A/D变换器的常用类型
•积分型ADC •逐次逼近式ADC •Σ-ΔADC •闪烁ADC(全并行ADC) •流水线ADC •折叠插值ADC
D' 2N 1b0 2N 2 b1 21bN 2 20 bN 1
D' VOUT KVREF 2N
VOUT KVREF D
DAC的数 学形式
D
b0 21
b1 22
b2 23
bN 1 2N
VOUT
KVREF
(
b0 21
b1 22
b2 23
bN 1 2N
)
VOUT
VFS
(
b0 21
b1 22
3.按工作原理分：
❖ 电流定标电路 ❖ 电压定标电路 ❖ 电荷定标电路
三、DAC 的主要技术指标
1.分辨率:
即1LSB:DAC输入一个最低有效位(LSB)，在输出端模 拟电压的变化量。取决于满量程和位数。 一般： 如满量程5V，8位则分辨率为 5/256=19.5mV(更多 的时候直接用位数来表示分辨率）
b2 23
bN 1 2N
)
VFS——满量程输出电压
VOUT
VFS
(
b0 21
b1 22
b2 23
bN 1 ) 2N
MSB
LSB
VFS——满量程输出电压
输入数据每增加1，理想 DAC的输出将增加1LSB。
以VFS归一化的模拟输出值
以3位DAC为例（设满量程为5V） 1
1LSB
1/2
0 000 001 010 011 100 101 110 111