数电课件 7.1 数模和模数转换学习资料

在自动检测和自动控制系统中，计算机检测和控制的对象一般是模拟信号，而计算机只能对数字信号进行运算和处理。为了把模拟信号送至计算机，首先把模拟信号变成相应的数字信号；计算机把对输入信号处理和运算后的结果转换成模拟信号送回系统。7.1数模转换器把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转换器（Analog-DigitalConverter，简称A/D转换器或ADC）。把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换，把相应的转换器件称为数-模转换器（Digital-AnalogConverter，简称D/A转换器或DAC）

把输入数字量转换成与之成比例的输出电压或电流值。7.1.1基本转换原理DAC框图

1.D/A转换的基本原理DAC输入的n位二进制数字信息Dn(Bn-1,Bn-2,…,B1、B0)，Dn按权展开式为输出电压uO或电流iO式中K为转换比例常数。当n=3时，DAC的输出与输入转换特性图，输出为阶梯波。2.电压型DACuO=(dn-12n-1+dn-22n-2+···+d121+d020)U

=DnU

输出电压值U

等于Dn为1时，DAC输出的模拟电压值。U

称为DAC的单位量化电压。DAC最大的输出电压uOmax=(2n

–1)U

。

[例]一8位DAC的最大输出电压为5.10伏，它的单位量化电压为多少？当输入代码为10000000时，输出电压uO为多少？输入代码为10000000时[解]3.电流型DAC一般常见的D/A转换器多是电流输出型的，为了得到模拟电压输出，可在它的后面接一个电流电压转换(I/V)电路。电流电压转换电路的输出电压的表达式为：uO=

iO

RF

7.1.2.常用转换技术1.权电阻网络DAC电流电压(I/V)转换电路电路组成：电阻网络模拟开关4位权电阻DACdi=1时，对应的模拟开关接通VREF

di=0时，对应的模拟开关接通地图中4位权电阻DAC由于运算放大器反相输入端为“虚地”由电流电压转换电路的工作原理可知，权电阻DAC的输出和输入的关系为4位权电阻DAC权电阻DAC的特点：结构简单电阻种类太多，不易集成化转换精度低2.倒T型电阻网络DAC由倒T形电阻网络、模拟开关和一个电流电压（I/V）转换。（1）四位电压输出倒T形电阻网络DAC电路组成倒T型电阻网络DAC是目前较为常用的DAC。倒T型电阻网络DAC采用R-2R两种电阻构成电阻网络。倒T型电阻网络D/A转换器的基本思想是逐步分流原理和线性叠加原理。

1)当某位数码为1时，其相应的模拟开关把该支路接到I/V转换电路的输入端；当某位数码为0时，相应的模拟开关把该支路地。由于运算放大器的反相输入端接地，不管数码是0还是1，流过倒形电阻网络各支路的电流不变。（2）

工作原理

2)倒T形电阻网络的等效电路从A、B、C、D分别向左看进去对地等效电阻始终为R。I=VREF/R所以电流各支路电流：I3=I/2I2=I/4I1=I/8I0=I/16它们就是倒T形电阻网络中各2R支路的权电流。当输入数码为1时，相应的权电流输入到电流电压转换电路的输入端，当输入的数字代码为0时，相应权电流接地。

(3)输出电压同理，n位倒T形电阻网络DAC的输出电压其中，(-RFVREF/2nR)为DAC的单位量化电压。c.转换速度高。倒T型电阻网络的优点：a.各权电阻支路都是直接通过模拟开关与运算放大器的反相输入端相连，不存在信号传输延迟问题。b.模拟开关切换过程中，各权电阻支路的电流不变，减小了电流建立时间，并减小了转换过程中的尖峰脉冲。倒T形电阻网络存在的问题：实际的电子开关总存在一定的且不可能完全相同的导通电阻，这些电子开关与倒T形电阻网络的4个2R支路连接时，不可避免地会引入转换误差，影响转化精度。解决问题的方法之一是把倒T形电阻网络中各支路的权电流变为恒流源，这样就构成了权电流网络D/A转换器。3.权电流网络DAC四位二进制数权电流网络DAC(1)电路主要组成I/V转换电路权电流网络模拟开关权电流网络由倒T形电阻网络和若干晶体管恒流源组成。由于恒流源的输出电阻极大，模拟开关导通电阻的变化对权电流的影响极小，大大提高了转换精度。(2)输出电压式中IRF/16为D/A转换器的单位量化电压。uO=

Dn

IRF/16DAC的分辨率通常用二进制数码的位数n来表示。1、转换精度7.1.3D/A转换器的主要参数和误差(1)分辨率电路所能分辨的最小输出电压增量ULSB与满刻度输出电压Um之比。n位二进制DAC的分辨率=ULSB/Um=1/（2n-1)(2)转换误差增益误差：为数字输入代码由全0变全1时，输出电压变化量与理想输出电压变化量之差。偏移误差：数字输入代码全为0时，D/A转换器的输出电压与理想输出电压0V之差。输入数从全0到全1，D/A输出模拟量达到稳定值的规定误差时所需要的时间。非线性误差：为D/A转换器实际输出电压值与理想输出电压值之间偏差的最大值。2、建立时间DAC0808是一种常用的8位权电流网络D/A转换器。7.1.4集成DAC1.DAC0808管脚图典型应用电路图典型应用电路图典型应用电路输出电压为DAC0808的典型应用参数为VCC=+5V；VEE=-15V；-10V≤uO

≤+18V；UREF(+)max=+18V；

AD561集成D/A转换器是10位权电流网络D/A转换器，它将基准电源也集成在片内，使用时只需外接运算放大器即可。2.AD561管脚图典型应用电路图基准电压用来产生D/A转换器的单位量化电流，也可为偏移电压输入端提供一稳定的偏移电压。典型应用电路图

AD561内的基准电源电路产生输出电压为2.5V的高稳定度和高精度基准电压。当偏移电压输入端②脚悬空时，输出电压uO

=10Dn/210V式中10/210伏为D/A转换器的单位量化电压。典型应用电路图uO

=10Dn/210V得到的单极性输出电压:当D

n=00…0~11…1时uO=0~+9.990V将②端通过R3