模数与数模转换电路

1第八章数模与模数转换电路2传感器A/D计算机D/A模拟控制被测被控对象典型的数字控制系统框图3A/D转换器、D/A转换器的应用放大器传感器(温度、压力、流量、应力等）采样/保持器A/D计算机显示器D/A示波器打印机计算机进行各种数字处理（如滤波、计算）、数据保存、打印等显示器显示字符、曲线、图形、图象等48.1D/A转换器

DAC的基本原理数码寄存器模拟

开关解码

网络求和电路DuA基准电压UREFDAC方框图5D和uA的关系图11111110110111001011101010010001001000110100010101110110246-6-4-2DuA61.构成2.工作原理电阻网络、双向电子模拟开关、求和放大器、数码寄存器、参考电源通常取Rf=R，则：1、倒T型R-2R电阻网络DAC7倒T型R-2R电阻网络D/A转换电路8D/A的组成输入4位二进制数输出模拟电压S0~S3:模拟电子开关D=0,S倒向地D=1,S倒向VREF电阻网络求和运算放大器VREF2R2R2R2R2RRRR2RS0S1S2S3精密参考电压D0D1D2D3++-3R3R/2UO9VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UO当D3D2D1D0=0000时,S3S2S1S0都倒向地UO=0V(3)D/A转换原理当D3D2D1D0=0000时UO3R2R++-3R/2R等效电路3R0000AV=-110VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UOD/A转换原理当D3D2D1D0=1000时,S2S1S0都倒向地，S3倒向VREFUO3R++-3R/2等效电路2R2RVREF2RRVREF/2UO=-VREF/2当D3D2D1D0=1000时0001AV=-13R11VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UOD/A转换原理(续)当D3D2D1D0=0100时,S3S1S0都倒向地S2倒向VREF当D3D2D1D0=0100时UO=-VREF/4UO3R++-3R/2等效电路2RRVREF2R2R2R3RVREF/40010AV=-112D/A转换原理VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UO同理可推导，当D3D2D1D0=0010时，UO=–VREF/8

当D3D2D1D0=0001时，UO=–VREF/1613D/A转换原理D3D2D1D0=1000时，UO=–VREF/2=–D3VREF/21D3D2D1D0=0100时，UO=–VREF/4=–D2VREF/22D3D2D1D0=0010时，UO=–VREF/8=–D1VREF/23D3D2D1D0=0001时，UO=–VREF/16=–D0VREF/24根据叠加原理:UO=–(D3VREF/21+

D2VREF/22+

D1VREF/23+

D0VREF/24)=–(D3/21+

D2/22+

D1/23+

D0/24)VREF

=

–(VREF/24)

(23D3

+

22D2+

21D1

+

20D0)14UO=

–(VREF/24)

(23D3

+

22D2+

21D1

+

20D0)D/A转换原理此式表明:D/A电路输出模拟电压UO与输入的数字量D3D2D1D0成正比152、权电流型D/A转换器163、D/A转换器的输出方式1.单极性输出172、双极性输出184、D/A转换器的主要技术指标1.转换精度（分辨率）LSB：LeastSignificantBit(1)用输出的电压（电流）值表示输入变化1LSB时，输出端产生的电压变化。MSB：MostSignificantBit19例1

已知uOm=5V，n=10，则例2

倒T型网络DAC的uOm=10V，试问需多少位代码，才能使分辨率R′达到2mV。(Rf=R)解由题意知：20(2)用百分比表示(3)用位数n表示2.转换误差(1)绝对误差：实际值与理想值之间的差值。(2)相对误差：绝对误差与满量程的比值。21从输入的数字量发生突变开始，直到输出电压进入与稳态值相差±½LSB范围以内的这段时间。3.建立时间tset

tset±½LSBuOt225、集成D/A转换器及其应用

230832——与μP兼容的8bitDAC

·采用CMOS和薄膜Si-Cr电阻相容工艺，温漂低·具有二级数字输入缓冲锁存器，可与数据μP数据总线直接相连，无需另接锁存器·属乘法D/A转换器——可工作于四个象限·与TTL电平兼容

·数字地与模拟地可分开，使用灵活

24MAX5013——新产品12bit高速DAC·工作速率达100MHZ·建立时间仅13ns·内含主-从式锁存器·电源电压+5V或-5.2V·与TTL和ECL电导兼容258.2A/D转换器

1、模数转换的一般过程1.采样和保持2.量化与编码量化电平（离散电平）：都是某个最小单位（量化单位△）的整数倍的电平。①舍尾方法②四舍五入方法26基本采样保持电路27Otu1(t)(a)模拟输入信号28Ot(b′)采样信号29Ot(b)采样输出信号30模拟信号的采样保持OtuO(t)（c）采样保持信号31采样—保持信号uO量化电平uq……32采样—保持信号uO量化电平uq……332、并联比较型A/D转换器（三位）DQDQDQDQDQDQDQ7VR/86VR/85VR/84VR/83VR/82VR/8VR/8VRRRRRRRRRUIUI6VR/8时，输出=1UI7VR/8时，输出=1UI7VR/8时，输出=0UI6VR/8时，输出=0电压比较器D锁存器编码器QBQAQGQFQEQCQDD2D1D0输入模拟电压精密参考电压精密电阻网络（23个电阻）输出数字量CPUIVR/8时，输出=1UIVR/8时，输出=034并联比较型A/D转换器中的编码器真值表UIQAQBQCQDQEQFQGD2D1D06VR/8

>UI>5VR/8

00111111015VR/8

>UI>4VR/8

00011111007VR/8

>UI>6VR/8

0111111110VR>UI>7VR/8

11111111114VR/8

>UI>3VR/8

00001110113VR/8

>UI>2VR/8

00000110102VR/8

>UI>VR/8

0000001001VR/8

>UI>

0

0000000000特点：输入电压UI每增加VR/8

，输出数字量增加1根据以上真值表设计编码器的组合逻辑电路（设计略）351.组成3、逐次比较型A/D转换器电压比较器、D/A转换器、时序分配器、JKFF、寄存器2.工作原理先使JKFF的最高位为1，其余低位为0，比较，下一CP有效沿到，决定1的去留；再使JKFF的次高位为1，其余低位为0，比较，下一CP有效沿到，决定1的去留；36直到最低位比较完为止。此时JKFF中所存的数码就是所求的输出数字量。转换位数为N，则转换时间为(N+1)Tcp。

逐次比较型A/D转换器374位逐次逼近型A/D转换器结构图38CPCP0CP1CP2CP4CP3时序分配器输出波形39数双积分型A/D转换器4.双积分型A/D转换器40双积分型ADC时段①：固定时间积分,到时结束时段②：固定斜率积分，过零结束41双积分型ADC数双积分型A/D转换器优点：精度较高，对元件要求低缺点：速度低422.转换误差

(1)量化误差：与输出