AD-DA模拟数字转换电路

模拟量与数字量
模拟量——连续变化的物理量
DAC 数字/模拟转换器
模拟/数字转换器 ADC
数字量——时间和数值上都离散的量
模拟输入输出系统示意图
模拟信号
…
现场信号 1
现场信号 2
➢将 并➢把 的 ➢用 以 ➢把 周传传感感传放低多采各 转传 量 于 增 多 期器器感样通路大种换感程降加个性器滤开保器现成器范低信现地放放大大波关持场电输围噪噪场采器器器器的信出声比信样物 号的 号 连、低低理（通通信 分 续滤滤滤量模号 时 信去波波 测拟放 地 号高电量多路开关大 接，频压出到 通干或来到A扰采D样电， A保C/持流D所器转）需数换字A器信/D微号转型换器
想一想：你身边有哪些电子产品内需要A/D转换器和 D/A转换器？
模拟信号 数字信号：
A/D转换器 (ADC－Analog Digital Converter)
数字信号 模拟信号：
D/A转换器 (DAC－ Digital Analog Converter)
数/模与模/数转换器是计算机与外部设备 的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的 重要部件。随着电子技术的发展，数/模与模/ 数转换器的应用领域越来越广，对数/模与模/ 数转换器的要求也越来越高，新型的数/模与 模/数转换器也不断地涌现。
这种转换器用到的权 电阻规格太多，不易 采用集成技术制造。
根据反相比例运算公式可得：
u0
Vref RF R
(d0 23
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
d1 22
d2 21
d3 20 )
显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的
大小成正比，从而实现了数字量 到模拟量的转换 。
2、T型R-2R电阻网络电路
电阻网络
a Rb Rc Rd
第6章 模拟数字转换电路
教学基本要求
1. 掌握T形电阻网络D/A转换器(DAC)、集成D/A转换器的 工作原理及应用。
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。
概述
随着大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，数 字技术渗透到各个技术领域，各种以数字技术为基础核 心的装置和系统层出不穷，如数字仪表、数字控制、数 字通信、数字电视等。但是自然界中大多数物理信号和 需要处理的信息却以模拟信号的形式出现，如语音、温 度、位移、压力等。所以，要想用数字技术对这些信号 进行处理和加工，就必须首先把模拟信号转换成数字信 号，这就是模数转换（ADC）；另一方面，在许多情况 下为了显示直观或便于控制，必须将数字量转换成模拟 量，这就是数模转换（DAC）。
并在A/D转换期间保持不变
现场信号
计算机
n
传感器
放大器
低通滤波
控制信号
模拟信号
受控对象
放大驱动电路
D/A转换器
数字信号
利用D/A转换、A/D转换的系统
模拟信号
数字信 号
声音、图 像等
检测电路
模拟电 信号
A/D转换
模拟信 号
数字信 号
数字电路 或计算机
系统
喇叭、显像管等
D/A转换
利用D/A转换、A/D转换的系统
VREF 2R 2R 2R 2R
S3
S2
S1
S0
I3
I2
I1
I0
2R 电子开关 Rfb Rfb
Iout1 _ Iout2 +
Vout
D3
D2
D1
D0
基准电压
D/A转换器的原理图（2） 阻抗＝2R
a Rb Rc Rd
VREF 2R 2R 2R 2R
S3
S2
S1
S0
I3
I2
I1
I0
运算放大器 2R
Rfb
(d n1 2n1
dn2
2n2
d1 21
d0
20)
三、D/A转换器结构及工作原理 由三部分电路组成
电阻网络 模拟电子开关 求和运算放大器
1 加权电阻网络D/A变换器
这种变换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网络”
、“运算放大器”和“基准电源”等部分组成。
电子模拟开关( S0-S3)动作受二进制数d0-d3 控制。 当 dK ＝1 时，则相应的开关SK 接到位置1上，将基 准电源UR经电阻Rk引起的电流接到运算放大器的虚 地点（如图中S0、S1）；当dk＝0 时，开关Sk 接到位 置0 ，将相应电流直接接地而不进运放。
D/A转换器的原理图（4）
Iout1＝I0＋I1＋I2＋I3 ＝VREF/2R×（1/8＋1/4＋1/2＋1）
Rfb＝R Vout＝－Iout1×Rfb
＝－VREF×[（20＋21＋22＋23）/24]
Vout＝－（D/2n）×VREF
三、DAC的主要性能参数及选用方法
一、转换精度
1、分辨率
指输入数字量的最低有效位（LSB）变化1个字所引起的输 出电压变化值相对于满刻度值（最大输出电压）的百分比。 实际使用时，常用输入数字量的位数来表示分辨率高低。
5V
/每1个最低有效位
8位数据: 00000000 11111111
0V 分辨率:
5V/255=0.0196V
5V
/每1个最低有效位
二、D/A转换的转换特性
数字量 → 按权相加 → 模拟量
1101B
＝ 1×23＋1×22＋0×21＋1×20
Vout＝－（D/2n）×VREF
＝ 13
uo
VREF 2n
Iout1 _ Iout2 +
Vout
D3
D2
D1
D0
虚地
D/A转换器的原理图（3）
Va＝VREF Vb＝VREF/2 Vc＝VREF/4 Vd＝VREF/8
I0＝Vd/2R＝VREF/（8×2R） I1＝Vc/2R＝VREF/（4×2R） I2＝Vb/2R＝VREF/（2×2R） I3＝Va/2R＝VREF/（1×2R）
分辨率的表示：
分辨率用输入二进制数的有效位数表示。如10位二进制D/A 转换器，其分辨率为10位。
分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压 的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为：
1 210
1
1 1023
0.001
位数越高，分辨率越高。
2、转换误差
转换误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。对于某个 输入数字，实测输出值与理论输出值之差称为绝对误差。 对于某个输入数字，实测输出值与理论输出值之差同满刻 度之比称为相对误差。
6.1 D/A转换器工作原理
模拟量
DAC 数字/模拟转换器
数字量
6.1 D/A转换器
一、D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量
4位 数字量
8位 n位
n = 10位
D/A
12位
16位
模拟量 0~5V或 0~10V
D/A 功能(续) 4位数据: 0000
1111
0V 分辨率:
5V/15=0.333V