第十六講 第章 DA轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換器

1、精選ppt1精選ppt2第第9章章 D/AD/A轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器內(nèi)容提要及重點內(nèi)容提要及重點（1 1） D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 DACDAC的工作原理，性能指標，集成的工作原理，性能指標，集成DACDAC及其應(yīng)用。及其應(yīng)用。（2 2） A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 DAC DAC的工作原理，性能指標，集成的工作原理，性能指標，集成ADCADC及其應(yīng)用。及其應(yīng)用。重點重點 D/A D/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器工作原理，集成轉(zhuǎn)換器工作原理，集成D/AD/A、A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用換器的應(yīng)用 。精選ppt39.1 概述主要內(nèi)容主要內(nèi)容 D/AD/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器的概念轉(zhuǎn)

2、換器的概念 D/A D/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器的實際舉例轉(zhuǎn)換器的實際舉例精選ppt41 1D/AD/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器的概念轉(zhuǎn)換器的概念 能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換器器，簡稱，簡稱A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器或或ADCADC；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱為量的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱，簡稱D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器或或DACDAC。 如圖為一個鍋爐加熱信號采集和控制系統(tǒng)如圖為一個鍋爐加熱信號采集和控制系統(tǒng) 2 2D/AD/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器的實際舉例轉(zhuǎn)換器的實際舉例精選ppt59.2 D/A9.2 D/A

3、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器主要內(nèi)容主要內(nèi)容D/AD/A轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖二進制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)二進制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/AD/A轉(zhuǎn)換器的模擬輸出與數(shù)字輸入之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換器的模擬輸出與數(shù)字輸入之間的關(guān)系D/AD/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的3 3個主要技術(shù)參數(shù)個主要技術(shù)參數(shù)集成集成DAC0832DAC0832及其應(yīng)用及其應(yīng)用精選ppt69.2.1 D/A9.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu) 基本原理：將輸入的每一位二進制代碼按其權(quán)的基本原理：將輸入的每一位二進制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量

4、大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)換特性：轉(zhuǎn)換特性：D/AD/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，是指其輸出轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，是指其輸出模擬量和輸入數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。模擬量和輸入數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。 理想的理想的D/AD/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，應(yīng)是輸出模擬量轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，應(yīng)是輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比。與輸入數(shù)字量成正比。 )2222(00112211o ddddKvnnnnv1. D/A1. D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理和轉(zhuǎn)換特性轉(zhuǎn)換器的基本

5、原理和轉(zhuǎn)換特性精選ppt7 n n位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 D/A D/A轉(zhuǎn)換器由數(shù)碼寄存器、模擬電子開關(guān)、轉(zhuǎn)換器由數(shù)碼寄存器、模擬電子開關(guān)、解碼網(wǎng)絡(luò)、求和電路及基準電壓幾部分組成。數(shù)字解碼網(wǎng)絡(luò)、求和電路及基準電壓幾部分組成。數(shù)字量以串行或并行方式輸入并存儲于數(shù)碼寄存器中，量以串行或并行方式輸入并存儲于數(shù)碼寄存器中，寄存器輸出的每位數(shù)碼驅(qū)動對應(yīng)的數(shù)位上的電子開寄存器輸出的每位數(shù)碼驅(qū)動對應(yīng)的數(shù)位上的電子開關(guān)將在電阻解碼網(wǎng)絡(luò)中獲得的相應(yīng)數(shù)位權(quán)值送入求關(guān)將在電阻解碼網(wǎng)絡(luò)中獲得的相應(yīng)數(shù)位權(quán)值送入求和電路。求和電路將各位權(quán)值相加便得到與數(shù)字量和電路。求

6、和電路將各位權(quán)值相加便得到與數(shù)字量對應(yīng)的模擬量。對應(yīng)的模擬量。 2 2D/AD/A轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖精選ppt89.2.2 9.2.2 二進制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)二進制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器二進制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)二進制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器如圖所示。轉(zhuǎn)換器如圖所示。 1 1電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)精選ppt9 不論模擬開關(guān)接到運算放大器的反相輸入端不論模擬開關(guān)接到運算放大器的反相輸入端（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號是是1 1還是還是0 0，各支路的電流是不變的。，各支路的電流是不變的。RUIRUIRUIRUIREFREFRE

7、FREF3210 2 4 8)2222(2248001122333321033221100DDDDRUDRUDRUDRUDRUDIDIDIDIiREFREFREFREFREF2 2權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換電路的工作原理轉(zhuǎn)換電路的工作原理精選ppt10例例9-1 4位二進制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)位二進制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC如圖如圖9-5所示，設(shè)所示，設(shè)基準電壓基準電壓UREF=-8V，RF= R/2，試求輸入二進制數(shù)，試求輸入二進制數(shù)D3D2D1D0=1001時的輸出電壓值。時的輸出電壓值。解：將解：將D3D2D1D0=1001代入得代入得VVDDDDUuREF5 . 4) 12020212(28)

8、2222(201234001122334o精選ppt119.2.3 倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器R2R倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器電路轉(zhuǎn)換器電路精選ppt129.2.3 倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器（續(xù)） R2R倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點 R2R倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點為：形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點為： 分別從虛線分別從虛線A、B、C、D處向右處向右看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻都是看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻都是R。 不論模擬開關(guān)接到運算放大器的不論模擬開關(guān)接到運算放大器的反相輸入端（虛地）還是接到地，也反相輸入端（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號是就是不論輸入數(shù)字信號是1還是

9、還是0，各，各支路的電流不變。支路的電流不變。 精選ppt13輸出電壓表達式輸出電壓表達式從參考電壓端輸入的電流為從參考電壓端輸入的電流為 RUIREFREFRUIIRUIIRUIIRUIIREFREFREFREFREFREFREFREF16161 881441 2210123求和運算放大器的輸出電壓為求和運算放大器的輸出電壓為)2222(2001122334oDDDDRRUiRiRuFREFFFF精選ppt14例例9-3 4位R2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC如圖9-7所示，設(shè)基準電壓VREF=-8V，RF= R，試求其最大輸出電壓值。解：將D3D2D1D0=1111代入VVDDDDUuREF5 .

10、 7) 12121212(28)2222(201234001122334o精選ppt159.2.4 權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器*Di =1時，開關(guān)時，開關(guān)S Si i接運放的反相端接運放的反相端; ; Di= 0時，開關(guān)時，開關(guān)S Si i接地接地。 (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 8I 16I 4I 2I VREF + 4位權(quán)電流位權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器精選ppt16在恒流源電路中，各支路權(quán)電流的大小均不受開關(guān)導(dǎo)通電阻和壓在恒流源電路中，各支路權(quán)電流的大小均不受開關(guān)導(dǎo)通電阻和壓降的影響，這樣降低了對開關(guān)電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。降的影響，這樣

11、降低了對開關(guān)電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。 (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 8I 16I 4I 2I VREF + )D16ID8ID4ID2I(RRi0123 ffO )2D2D2D2D(R2I001122334 f 30ii42DR2Iif精選ppt17實際的權(quán)電流實際的權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器電路轉(zhuǎn)換器電路REF32O32401110(222)22ffR Vi RDDRDD電壓恒定電壓恒定各各BJT的的 發(fā)射發(fā)射結(jié)電壓相等結(jié)電壓相等基準電流產(chǎn)生電路基準電流產(chǎn)生電路 (MSB) D1 D0 (LSB) i Rf O D3 D2 S3 S2 S1

12、 S0 8I 16I 4I 2I VREF + A1 R1 + A2 IBB IEC IEO IE1 IE2 IE3 IREF Tr T3 T2 T1 T0 TC R 2R 2R 2R 2R 2R R R R VEE I = IREF =1RREFV 偏偏 置置 電電 流流 16I + + +- -精選ppt189.2.5 D/A9.2.5 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式轉(zhuǎn)換器的輸出方式 256255REFV 256129REFV 256128REFV 256127REFV 2561REFV 2560REFV8位位D/A轉(zhuǎn)換器在單極性輸出時的輸入轉(zhuǎn)換器在單極性輸出時的輸入/輸出關(guān)系輸出關(guān)系000000

13、001000000011111110000000011000000111111111模擬量模擬量 數(shù)字量數(shù)字量MSB LSB精選ppt19雙極性輸出雙極性輸出*1)實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法 首先將帶符號的二進制數(shù)原碼轉(zhuǎn)換為首先將帶符號的二進制數(shù)原碼轉(zhuǎn)換為2的補碼的補碼NB，再變成偏，再變成偏移二進制碼。經(jīng)移二進制碼。經(jīng)DAC，最后轉(zhuǎn)換成與原碼對應(yīng)的模擬電壓。，最后轉(zhuǎn)換成與原碼對應(yīng)的模擬電壓。精選ppt20 25622221BREFREFREF8REFBREF1ONVVVVNV )( D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 2R1 O VREF 1 R=Rf R1 R1 + + A1 A2 NB

14、 8 位倒位倒 T 形電阻形電阻 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 i 1 例如：例如：NB0時，時， Ov0。 NB（1）補補，N 偏偏127 ， REFOVv2561精選ppt219.2.6 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 1分辨率分辨率 分辨率用分辨率用輸入二進制數(shù)的有效位數(shù)輸入二進制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨表示。在分辨率為率為n n位的位的D/AD/A轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分2 2n n個不同的個不同的輸入二進制代碼狀態(tài)，能給出輸入二進制代碼狀態(tài)，能給出2 2n n個不同等級的輸出模個不同等級的輸出模擬電壓。擬電壓。 分辨率也可以分辨率也可以用用D

15、/AD/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓V VLSBLSB（輸入數(shù)字只有最低位為輸入數(shù)字只有最低位為1 1）與最大輸出電壓）與最大輸出電壓V VFSRFSR（輸入（輸入數(shù)字全為數(shù)字全為1 1）的比值來表示）的比值來表示 精選ppt222 2轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差 3 3轉(zhuǎn)換時間（輸出建立時間）轉(zhuǎn)換時間（輸出建立時間） 從輸入數(shù)字信號起，到輸出電壓或電流到達從輸入數(shù)字信號起，到輸出電壓或電流到達穩(wěn)定值時所需要的時間，稱為轉(zhuǎn)換時間（或輸出穩(wěn)定值時所需要的時間，稱為轉(zhuǎn)換時間（或輸出建立時間）。建立時間）。 D/A D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差是指輸出模擬電壓的實轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差是指輸出模擬電壓的實際值

16、與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。通常際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。通常要求要求D/AD/A轉(zhuǎn)換器的誤差小于轉(zhuǎn)換器的誤差小于U ULSBLSB/2/2。 D/A D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率和轉(zhuǎn)換誤差共同決定轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的分辨率和轉(zhuǎn)換誤差共同決定轉(zhuǎn)換精度。精度。精選ppt239.2.7 集成集成D/A轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用舉例轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用舉例DAC0832DAC0832的邏輯符號和引腳圖如圖所示。的邏輯符號和引腳圖如圖所示。 精選ppt24DAC0832典型應(yīng)用基本電路典型應(yīng)用基本電路 P242 圖圖9-9精選ppt259.2.7 集成D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用（續(xù)*）(1) 數(shù)字式可編程增益控制電路數(shù)字式可編程增益控制電路 D2 D7 O D0 D1 2R 2R 2R 2R R R R D8 D9 R R R I 2R 2R 2R - + RF IOUT1 IOUT 2 VREF 精選ppt26 D2 D7 OD0 D1