数电理论课-p9.1D A转换器

1、掌握倒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相关计算。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。教学基本要求概述模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为A/D（ og

to

Digital）把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（

ogDigital

Converter

，ADC）从数字信号到模拟信号的转换称为D/A（Digital

to

og）转换把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（Digitalog

Converter，

DAC）典型数字控制系统框图9.1

D/A转换器D/A转换的基本原理倒T形电阻网络D/A转换器权电流D/A转换器D/A转换器的输出方式D/A转换器的技术指标D/A转换器的应用9.1

D/A转换器1.概述1、数/模转换器:将数字量转换为与之成正比模拟量。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，从而实现数字量--模拟量的转换。①实现D/A转换的基本思想将二进制数ND＝(11001)B转换为十进制数。ND＝b4×24＋b3×23＋b2×22＋b1×21＋b0×20＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20数字量是用代码按数位组合而成的，对于9.1.1

D/A转换的基本原理②D/A转换器的组成:数码寄存器n

位模拟开关网络求和电路基准电压n

位数字量输入模拟量DAC的数字数据可以并行输入也可串行输入用存放在数字寄存器中的数字量的各位数码由输入数字量控制产生权电流将权电流相加产生与输入成正比的模拟电压ifR

=RvOS0VREF–+S1S2S3+–基准电压电子开关R

/2R

/4R

/8求和电路(LSB)2(MSB

D3

D D D1

0数字量输入电阻网络Ri0

i1I2i2i3A模拟量输出③实现D/A转换的原理电路vO

Rf

(

i3

i2

i1

i0

)Ri3

8VREFD3Ri2

R4VREFD21iR

2VREFD

1i0

VREF

D03ii

VD

2i

0v

V

(D

23

D

22

D

21

D

20

)O

REF

3

2

1

0REF，，,锁存器④D/A转换器的分类:按 网络结构分类T型电阻网络DAC倒T形电阻网络DAC权电流DAC权电阻网络DAC按模拟电子开关电路分类CMOS开关型DAC双极型开关型DAC电流开关型DACECL电流开关型DACD/A转换器9.1.2

倒T形电阻网络D/A转换器vORf+VREF2RS0S1S2S3i2R2R2R(LSB)

(MSB)D0

D1

D2

D38I16II4

2II2R–+RRRI/16I/8I/4I/2D

=1,S

接运算放大器反相端，电流I

流入求和电路电阻网络模拟电子开关输出模拟电压i根据i

运放i线性运用时2R虚地的概念可知，无论模拟开关S

处于i

何种位i

置，与Si相连的2R电阻将接“i地”

或虚地。1、4位倒T形电阻网络D/A转换器求和运算放大器输入4位二进制数基准电压D

=0,S•则电将阻电网阻络

接地模拟电子开关求和运算放大器D/A转换器的倒T形电阻网络流过各开关支路的电流：I3

=？I2

=？I1

=？I0

=？基准电源VREF提供的总电流为：I=？2R2R2R2R2RRRRVREFIADA

BCDRI

VREFI/4I/8I/16R

R

RB

CRI/2I/4I/16

I/8I/2I3I2I1I0流入每个2R电阻的电流从I3=

VREF

/

2RI2=

VREF

/

4R到低位按2的整数倍递减。I1=

VREF

/

8R I0=

VREF

/16

R流入运放的总电流：

i

＝

I0

+

I1

+

I2+

I3)R1

2

324

23

22

21

V

(

D

D

D

DREF

0输出模拟电压：

i

0(

D

2

)RRn1iif2nREFO

V

3i

0(

D

2

)RR

V

iiREF24fO

f

i

R

D2(MSB)D3RfO(LSB)D0D1S0S2S32R2R2R

2R2RS1I8I16R

R

RI+VREFi–+I8I16I44位倒T形电阻网络DAC的输出模拟电压：O

i

Rf3i

f

REFi24Ri0

R

V(D

2

)n

位倒T形电阻网络DAC有：ifOREF2nn1V

R

(Di

2

)R

i02nRK

VREF

Rf

,iiNB

(D

2

)n1i0令：则O

=

–

K

NB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。D7OAD7533D/A转换器D0

D1

D2RR

RRR–+RIOUT1IOUT2VREFAD7520RF10K2R2R2R2R2R2R2R10K20K使用:1)要外接运放，2)运放的反馈电阻可使用电阻，也可采用外接电阻）2.集成D/A转换器10位CMOS电流开关型D/A转换器D8

D99iOiREF210fRV

R

(D

2

)

i0iOiREF2nfRn1V

R

(D

2

)

i0关于D/A转换器精度的为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求：基准电压稳定性好；倒T形电阻网络中R和2R电阻比值的精度要高；每个模拟开关的开关电压降要相等(3)为实现电流从 到低位按2的整数倍递减，模拟开关的导通电阻也相应地按2的整数倍递增。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。Di

=1时，开关Si接运放的反相端;Di=0时，开关Si接地。9.1.3

权电流D/A转换器(LSB)iROD0D1

D2

D3S0S1S2S3I8I16–VRE–+1. 4位权电流D/A转换器(MSB)在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。2

4

8

16I3

2

1

0O

f

f

i

R

R

( D

I

D

I

D

I

D

)

I

R

(

D

23

D

22

D

21

D

20

)f

3

2

1

03i

0D

2i

R24

I

24if(LSB)D2D3(MSB)iRfOD0D1S0S1S2S3I8I16–VRE–+实际的权电流D/A转换器电路13

2

1

024

RO

f

i

R

Rf

VREF

(D

23

D

22

D

21

D

20

)电压恒定各BJT的发射结电压相等基准电

生电路(MSB)D1D0(LSB)iRfOD3D2S3S2S1S0

I8

I4

I2VREF+–A1R1+–A2IECIEOIE1IE2IE3IREFTrT3T2T1T0TCR2R2R2R2R2RRRR–VEEI

=

IREF

=1RVREF偏置IBB

电流++-9.1.4

D/A转换器的输出方式8位D/A转换器在单极性输出时的输入/输出关系MSB数字量LSB模拟量11111111

V

255

REF

256

…

V

129

REF

256

V

128

REF

256

V

127

REF

256

…

V

1

REF

256

V

0

REF

256

…100000011000000001111111…0000000100000000十进制数2的补码偏移二进制码模拟量D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D00/VLSB12701111111111111111271260111111011111110126⁝⁝⁝100000001100000011000000000100000000-11111111101111111-1⁝⁝⁝-1271000000100000001-127-1281000000000000000-128*表中VLSB=VREF/256256222REF28REFO

1

N

B

V

VREF)

VREF(

N

BVREF

1

VOVREF1R=RfR1R1+–+–A1A22R1NBD7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D08位倒T形电阻网络D/A

转换器i19.1.5

D/A转换器的主要技术指标给出。n位D/A转换器的分辨率可表示为12n

11、分辨率分辨率：其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。n位DAC最多有2n个模拟输出电压。位数越多D/A转换器的分辨率越高。分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比2、转换精度：转换精度是指对给定的数字量，D/A转换器实际值与理论值之间的最大偏差。产生原因：由于D/A转换器中各元件参数值存在误差，如基准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差和非线性误差等9.1.6

集成D/A转换器的应用(1)

数字式可编程增益控制电路D2D7OD0D12R2R2R2RRRRD8D9RRR

I2R2R2R-+RFIOUT1IOUT

2VREFD2D7OD0D1