第10章AD与DA转换器

A/D与D/A转换器在现代医学成像系统中的应用第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例第一节D/A转换器一、D/A转换器的工作原理二、D/A转换器的主要技术指标三、集成D/A转换器四、D/A转换器的输出方式第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例

D/A转换器是将一组输入的二进制数转换成相应数量的模拟电压或电流的电路。

常见的D/A转换器有权电阻网络、倒T形电阻网络、权电流型、权电容网络和开关树型等D/A转换器。

D/A转换器数字量的输入方式有并行输入和串行输入两种类型。

第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例一、D/A转换器的工作原理

D/A转换器的输入量是数字量和基准电压,输出模拟量为

式中是与n有关的系数，是n位二进制数

di为第i位代码，它为1或0。每一位1所代表的数值大小不同，即“权”不同。n位二进制数从最高位（MSB）到最低位（LSB）的权依次为2n-1、2n-2、…21、20。第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例

代码di为1时，开关接到UR上，该支路电流Ii流向加法运算放大器；1.权电阻网络D/A转换器反相加法运算放大器电阻网络电子开关参考电压代码di为0时，开关接地，该支路电流Ii为0。第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例由反相比例运算放大器的“虚断”和“虚地”，有而且因此

对于n位输入的权电阻网络D/A转换器，输出电压与输入数字代码之间的关系表达式为

第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例电路优缺点：优：结构简洁，电阻元件数少。缺：电阻的阻值相差较大，数字信号位数越多，电阻值相差越大，达到电阻同精度困难。例：D5=11011VR=1Vv0=？v0=-VREF(d424+d323+d222+d121+d020)/25=-1(24+23+21+20)/25=-27/32（负数）若VREF=-1Vv0=27/32（正数）V0的范围：0~(2n-1)VR/2n对应Dn=0~Dn=111…11

代码di为1时，开关接反相输入端（虚地），该支路电流Ii流向运算放大器；

2.倒T形电阻网络D/A转换器代码di为0时，开关接地，该支路电流Ii流向接地端。反相加法运算放大器倒T形电阻网络参考电压电子开关第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例若则有

对于n位输入的倒T形电阻网络D/A转换器，输出电压与输入数字代码之间的关系表达式为

由图可得无论开关接反相端还是接地，各支路电流不变且第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例倒T型电阻网络D/A转换器的特点是：（1）模拟开关在地与虚地之间转换，不论开关状态如何变更，各支路的电流始终不变，因此，不须要电流建立时间。（2）各支路电流干脆流入运算放大器的输入端，不存在传输时间差，因而提高了转换速度，并减小了动态过程中传输电压的尖峰脉冲。二、D/A转换器的主要技术指标

1.辨别率2.转换误差3.转换时间指从输入数字信号到输出稳定的模拟电压或电流所需的时间。通常DAC的转换时间不大于1S。

指DAC能分辨的最小输出模拟变化量

常用输入数字量的有效位数表示，如8位、16位等。

指D/A实际转换特性与理想转换特性之间的最大误差。一般DAC的转换误差不会超过即输出模拟电压与理论值之间的绝对误差小于输入为00…001时的输出电压的一半。第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例集成D/A转换器有多种类型三、集成D/A转换器①按性能分，有通用型、高速型、高精度型等；②按内部结构分，有包含数字寄存器的和不包含数字寄存器的；③按位数分，有8位、12位和16位等；④按输出模拟信号分，有电流输出型和电压输出型。第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例

DAC0832是一个八位的D/A转换器，即输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例DAC

0832电路框图第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例DAC

0832管脚排列图片选输入端，低电平有效写吩咐1端，低电平有效模拟地端D0~D3数字量输入第一节D/A转换器第二节

A/D转换器第三节

A/D与D/A转换器的应用举例第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例反馈电阻外接端数字地端参考电压输入端第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例模拟电流输出端D4~D7数字量输入传送限制端，低电平有效第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例

写吩咐2端，低电平有效电压输入端允许数字量输入端，高电平有效第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例当ILE、CS、WR1均为有效时，可将数据写入“输入寄存器”；当WR2有效时，在XFER传送限制信号作用下，可将锁存在“输入寄存器”里的数据送到“DAC寄存器”，同时进入“D/A转换器”起先转换。四、D/A转换器的输出方式常用的D/A转换器输出的模拟量是电流。要输出模拟电压，在D/A转换器的输出端还须要增加电路，将电流转换为电压。依据输出电压范围的不同，D/A转换器可以工作于单极性或双极性输出方式。第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例1.单极性输出方式DAC0832集成运放A

集成运放A的作用是将DAC0832的输出电流转换为输出电压：第一节D/A转换器第二节

A/D转换器第三节

A/D与D/A转换器的应用举例第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例输出的电压依据参考电压的极性为0V到正满度值或0v到负满度值，即DA转换器的输出电压为单极性。2.双极性输出方式将数字量转换为具有正负极性的模拟电压集成运放A1的作用是将DAC0832的输出电流转换为输出电压；集成运放A2是反相加法运算放大器，可把输出电压变换为双极性。第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例转换结果对A2，由虚断得第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例其次节A/D转换器一、A/D转换器的工作原理二、A/D转换器的主要技术指标三、集成A/D转换器第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例

A/D转换器是将输入模拟电压转换成相应的一组二进制数的电路。

按转换方式可分为干脆A/D转换器和间接A/D转换器。

A/D转换器数字量的输出方式有并行输出和串行输出两种类型。第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例一、A/D转换器的工作原理逐次渐近型A/D转换器是一种反馈比较型的干脆A/D转换器。组成：时钟脉冲源、逐次渐近寄存器、D/A转换器、限制逻辑和电压比较器等。第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例①UL为高电平常起先转换，CP信号将寄存器最高位置1；DAC②经DAC转换为模拟电压uO；③uO送入A与uI比较：若uO>uI

，将寄存器最高位置0，次高位置1，若uO<uI

，将这一位的1保留，次高位置1；④逐次DA转换、比较到最低位为止。寄存器的逻辑状态就是对应于输入模拟电压的输出数字量。uL高电平起先转换寄存器电压比较第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例1.转换原理

100…0100…0I

≥5V

1A=6.84VVREF=10V第一个CP：1.转换原理

其次个CP：010…0110…010I

<7.5VI=6.84VVREF=10V1.转换原理第三个CP：001…0101…0I

≥6.25V101A=6.84VVREF=10V10000000A=6.84VVREF=10V1010111111000000101000001011000010101000101011001010111010101111小结：1、

逐次比较型A/D转换器输出数字量的位数越多转换精度越高；2、逐次比较型A/D转换器完成一次转换所需时间与其位数n和时钟脉冲频率有关，位数愈少，时钟频率越高，转换所需时间越短；2.V－F变换型A/D转换器返回二、V-F变换型A/D转换器组成及原理：VCO：VI与fout成比例寄存器：暂寄计数信息（避开转换过程的数字跳动），并行数字输出D计数器：在TG时间内（定时），按fout频率限制计数器的f(cp)以达到限制（固定频率）计数大小目的，fout大时计数大，计数结果与VI成比例，反映输出。时钟信号限制闸门G：VG是固定宽度TG的脉冲信号。特点：优：VCO是调频信号出，抗干扰实力强，V-F变换型ADC适用于遥控系统中应用。缺：转换速度较低，转换精度受VCO的线性度和稳定度的影响，VCO难构成高精度A/D转换器。转换精度还受计数器容量影响，容量大时转换误差小，但这时速度慢。二、A/D变换器的主要技术指标1.辨别率2.转换误差3.转换时间

通常以输出二进制的位数表示辨别率，位数越多，辨别率越高。指实际输出数字量与理论输出数字量之间的差别。指从转换限制信号到来起先，到输出端得到稳定的数字信号所须要的时间。第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例三、集成A/D转换器ADC0801的应用接线图片选输入端，输出允许端接地输入限制端，输出限制端接地时钟脉冲输入端模拟信号输入端数字信号输出端发光二极管显示输出状态第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D转换器第三节A/D与D/A转换器的应用举例连续转换工作状态逐次渐进型第三节A/D与D/A转换器的应用举例一、D/A转换器的应用二、A/D转换器的应用第十章A/D与D/A转换器第一节D/A转换器第二节A/D