数字电子技术 第六版 课件 8ch2 DA转换器

第8章数模和模数转换器8.2

D/A转换器8.2.1R-2R倒T形电阻网络D/A转换器8.2.2权电流型D/A转换器8.2.3D/A转换器的主要参数8.2.4集成D/A转换器应用举例S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRR

一、

电路组成8.2.1R-2R

倒T形电阻网络D/A转换器

电流电压转换电路(简称I/U

转换电路)模拟开关Si

打向1侧时，相应2R

支路接虚地；Si打向0侧时，相应2R

支路接地。故无论开关打向哪一侧，倒T型电阻网络均可等效为下图。

倒T型电阻网络模拟开关iF

从A、B、C、D节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为R。VREFR

因此，由VREF流出的总电流I

是固定不变的，其值为

I=，并且每经过一个节点，电流被分流一半，从数字量高位到低位的电流分别为：、、、。I3=I2I2

=I4I1

=I8I0

=I16

二、工作原理II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI3RRRBCDA

故流入求和运算放大器输入端的总电流iΣ为iΣ

==I2D3+I24VREF24R(23D3+22D2+21D1+20D0)=I8D1+I16D0I4D2+(23D3+22D2+21D1+20D0)

对于n位倒T形电阻网络D/A转换器，则有

故运算放大器的输出电压uO为uO=iFRF=-iΣRF=-RFVREF24R(23D3+22D2+21D1+20D0)uO=-RFVREF2nR(2n-1Dn-1+2n-2Dn-2+…+21D1+20D0)

由于倒T形电阻网络D/A转换器中各支路的电流恒定不变，直接流入运算放大器的反相输入端，它们之间不存在传输时间差，因而提高了转换速度，所以，倒T形电阻网络D/A转换器的应用非常广泛。由上式可看出：输出模拟电压uO与输入数字量成正比，从而实现了D/A转换。电路点评：由于倒T型电阻网络中的电阻只有R和2R两种，因此这两个电阻可以做到精度很高，提高了转换精度。又由于各电阻支路都是直接通过电子开关与求和运算放大器的同相端或反相端相连，在电子开关切换过程中各电阻支路中的电流不变，减少了电流建立时间，提高了转换速度，应用广泛。解：4位倒T型电阻网络D/A转换器的输出电压为：波形分析举例[例]

在倒T型电阻网络D/A转换器中，设VREF=-10V，R=RF，试分别求出：（1）当输入最小数字量D3D2D1D0=0001时，输出uo

最小值；（2）当输入数字量D3D2D1D0=1001时，输出uo

值；（3）当输入最大数字量D3D2D1D0=1111时，输出uo

最大值。uO

=iF

RF=-iΣRF=-RFVREF24R(23D3+22D2+21D1+20D0)（2）uo=-(23×1+22×0+21×0+20×1)=5.625V

（3）uo=UO(max）=-

(23×1+22×1+21×1+20×1)=9.375V（1）uo=UO(min)=-

(23×0+22×0+21×0+20×1)=0.625V8.2.2权电流型D/A转换器

在倒T形电阻网络中，各支路电流值会受电子开关导通电阻的影响，因而会有误差。若将各支路电流采用恒流源代替，则可提高转换精度。

一、电路组成

i位电子模拟开关Si

由相应输入数据Di控制。当Di=1时，Si接1，恒流源接运算放大器的反向端，并提供恒流Ii

；当Di=

0时，Si

接0，恒流源接地。S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFI/201111000I/4I/16I/8-+(LSB)(MSB)I/U转换

权电流恒流源模拟开关-VREF

当电子开关Si

都接1

端时，最高位代码对应支路的恒流源电流为I/2，相邻位支路的恒流源电流依次减半。故运算放大器的输出电压uO

为

对于n位权电流型D/A转换器，则有

uO=

RFI2n(2n-1Dn-1+2n-2Dn-2+…+21D1+20D0)uO=iΣRF=RFI24(23D3+22D2+21D1+20D0)=RF(I2D3+I8D1+I16D0)I4D2+

二、工作原理

由上式可看出：输出模拟电压uO与输入数字量成正比，从而实现了D/A转换。8.2.3D/A转换器的主要参数一、分辨率

由此可见，D/A转换器的位数

n

越多，分辨率就越小，能分辨的最小输出电压值也越小。对于一个10位的D/A转换器，分辨率为0.000978。D/A转换器的最低位有效数字量（00…01）对应输出的模拟电压ULSB

与最大数字量（11…11）输出满刻度电压UFSR

的比值。二、转换精度要获得较高精度的D/A转换器，应选用低漂移高精度的运算放大器，采用高稳定度的VREF

和选用高分辨率的D/A转换器。

指D/A转换器在输入数字信号开始转换到输出模拟电压达到稳定值时所需的时间。

转换时间越短，转换速度就越高。指D/A转换器输出模拟电压与理论输出模拟电压的最大差值。在D/A转换过程中，产生误差的原因很多，常见的原因有运放的零点漂移、电子模拟开关接通时的导通压降、基准电压VREF

的波动、R－2R倒T形电阻网络中电阻阻值的误差等。

三、转换时间七、集成DAC应用举例一、集成D/A转换器AD7524介绍

集成DAC简介常用集成DAC有两类：一类是内部仅含有电阻网络和电子模拟开关两部分，常用于一般的电子电路。另一类是内部除含有电阻网络和电子模拟开关外，还带有数据锁存器，并具有片选控制和数据输入控制端，便于和微处理器进行连接，多用于微机控制系统中。8.2.4集成D/A转换器的应用举例1.8位CMOS集成D/A转换器AD7524简介数据锁存器20k

20k

20k

20k

20kΩ……10k

10k

10k

10k

…VDDVREF151213CSWR45611D7

(MSB)D6D5D0

(LSB)S0S1S2S7OUT112316iΣRFBOUT2GND基准电压输入端，

VREF

可正可负

片选控制端

电源电压范围+5V~+15V

8位数据输入端，其电平与TTL电平兼容。MSB表示最高位，LSB表示最低位。接地端

内部反馈电RF(10kΩ)的引出端

两个输出端，一般将OUT2

接地，OUT1

接运放反向端。

写信号控制端

2．CMOS电子模拟开关开关管两级反相器电平偏移电路

当i

位数据Di=1时，V1截止，V3导通，输出低电平0，经V4、V5组成的反相器后输出高电平1，使V9导通；同时，V6、V7组成的反相器输出低电平0，使V8截止。这时，2R支路电阻经V9接位置1

。当Di

=0时，则V8导通，V9截止，2R支路电阻接位置0。从而实现了单刀双掷开关的功能。

[例]右图为CDA7524组成的单极性输出应用电路。图中电位器R1

用于调整运放增益，电容C

用以消除运放的自激。已知ULSB=VREF/256，试求满度输出电压。CDA752445789106111213D7D