第10章 (1)第1節(jié) DA轉換器

1、第一節(jié)第一節(jié) D/A轉換器轉換器第二節(jié)第二節(jié) A/D轉換器轉換器第三節(jié)第三節(jié) A/D與與D/A轉換器的應用舉例轉換器的應用舉例A/D與與D/A轉換器在現(xiàn)代醫(yī)學成像系統(tǒng)中的應用轉換器在現(xiàn)代醫(yī)學成像系統(tǒng)中的應用第一節(jié)第一節(jié) D/A轉換器轉換器一、一、D/A轉換器的工作原理轉換器的工作原理二、二、D/A轉換器的主要技術指標轉換器的主要技術指標三、集成三、集成D/A轉換器轉換器四、四、D/A轉換器的輸出方式轉換器的輸出方式 D/A轉換器是將一組輸入的二進制數(shù)轉換成相應轉換器是將一組輸入的二進制數(shù)轉換成相應數(shù)量的模擬電壓或電流的電路。數(shù)量的模擬電壓或電流的電路。 常見的常見的D/A轉換器有轉換器有權電阻

2、網(wǎng)絡、倒權電阻網(wǎng)絡、倒T形電阻網(wǎng)形電阻網(wǎng)絡、絡、權電流型、權電容網(wǎng)絡和開關樹型等權電流型、權電容網(wǎng)絡和開關樹型等D/A轉換轉換器。器。 D/A轉換器數(shù)字量的輸入方式有并行輸入和串行轉換器數(shù)字量的輸入方式有并行輸入和串行輸入兩種類型。輸入兩種類型。 一、一、D/A轉換器的工作原理轉換器的工作原理 D/A轉換器的輸入量是數(shù)字量轉換器的輸入量是數(shù)字量Dn和基準電壓和基準電壓UR ,輸出模擬量為輸出模擬量為 RnnOUDKu式中式中 是與是與n有關的系數(shù)，有關的系數(shù)， 是是n位二進制數(shù)位二進制數(shù) nKnD di為第為第i位代碼，它為位代碼，它為1或或0。 每一位每一位1所代表的數(shù)值大小不同，即所代表的

3、數(shù)值大小不同，即 “權權”不同。不同。Dn =代碼代碼di為為1時，開關接到時，開關接到UR上，為高電平，該支路電流上，為高電平，該支路電流Ii流向加流向加法運算放大器；法運算放大器； 1. 權電阻網(wǎng)絡權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器轉換器反相加法反相加法運算放大器運算放大器權電阻網(wǎng)絡權電阻網(wǎng)絡電子開關電子開關參考電壓參考電壓高電平高電平代碼代碼di為為0時，開關接地，為低電平，該支路電流時，開關接地，為低電平，該支路電流Ii為為0 。由反相比例運算放大器的由反相比例運算放大器的“虛斷虛斷”和和“虛地虛地”，有，有)III(IRiRu0123FFO而而03R012R12R23R32,2,2,dRUIdR

4、UIdRUIdRUI且且RR21F因此因此)2222(2001122334ROddddUu 對于對于n位輸入的權電阻網(wǎng)絡位輸入的權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器，輸出電壓轉換器，輸出電壓與輸入數(shù)字代碼之間的關系表達式為與輸入數(shù)字代碼之間的關系表達式為 nnR00112n2n1n1nnRO2)22.22(2DUddddUu代碼代碼di為為1時，開關接反相輸入端，時，開關接反相輸入端，該支路電流該支路電流Ii流向運算放大器；流向運算放大器； 2. 倒倒T形電阻網(wǎng)絡形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器轉換器代碼代碼di為為0時，開關接地，時，開關接地，該支路電流該支路電流Ii流向接地端。流向接地端。反相加法反相加法運算放大

5、器運算放大器倒倒T形形電阻網(wǎng)絡電阻網(wǎng)絡參考電壓參考電壓電子開關電子開關)2222(2001122334ROddddURiu由圖可得由圖可得012316842dIdIdIdIi無論開關接反相端還是接地，無論開關接反相端還是接地，各支路電流各支路電流不變不變RUIR且且)2222(2001122334ROddddURiu對于對于n位輸入的倒位輸入的倒T形電阻網(wǎng)絡形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器，輸出電壓與輸入轉換器，輸出電壓與輸入數(shù)字代碼之間的關系表達式為數(shù)字代碼之間的關系表達式為 nnR00112n2n1n1nnRO2)22.22(2DUddddUu二、二、D/A轉換器的主要技術指標轉換器的主要技術指標1

6、. 分辨率分辨率2. 轉換誤差轉換誤差3. 轉換時間轉換時間通常通常DAC的轉換時間不大于的轉換時間不大于1 S。指指DAC能分辨的最小輸出模擬變化量能分辨的最小輸出模擬變化量 12nmaxU常用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)表示，如常用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)表示，如8位、位、16位等。位等。 指指D/A實際轉換特性與理想轉換特性之間的最大誤實際轉換特性與理想轉換特性之間的最大誤差。一般差。一般DAC的轉換誤差不會超過的轉換誤差不會超過 LSB21集成集成D/A轉換器有多種類型轉換器有多種類型三、集成三、集成D/A轉轉換器換器 按性能分，按性能分，有通用型、高速型、高精度型等；有通用型、高速型、高精度型等

7、； 按內部結構分，按內部結構分，有包含數(shù)字寄存器的和不包含數(shù)字有包含數(shù)字寄存器的和不包含數(shù)字寄存器的；寄存器的； 按位數(shù)分，按位數(shù)分，有有8位、位、12位和位和16位等；位等； 按輸出模擬信號分，按輸出模擬信號分，有電流輸出型和電壓輸出型。有電流輸出型和電壓輸出型。 DAC0832是一個八位的是一個八位的D/A轉換器，即輸入轉換器，即輸入八位數(shù)字量后，通過外接的運算放大器，可以獲八位數(shù)字量后，通過外接的運算放大器，可以獲得相應的模擬電壓值。得相應的模擬電壓值。DAC 0832電路框圖電路框圖DAC 0832 管腳排列圖管腳排列圖片選輸入端，片選輸入端，低電平有效低電平有效寫命令寫命令1端，端，

8、低電平有效低電平有效模擬地端模擬地端D0 D3數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入反饋電阻反饋電阻外接端外接端數(shù)字地端數(shù)字地端參考電壓參考電壓輸入端輸入端模擬電流模擬電流輸出端輸出端D4 D7數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入 傳送控制端，傳送控制端，低電平有效低電平有效 寫命令寫命令2端，端，低電平有效低電平有效電壓輸入端電壓輸入端允許數(shù)字量輸入允許數(shù)字量輸入端，高電平有效端，高電平有效四、四、D/A轉轉換器的輸出方式換器的輸出方式 常用的常用的D/A轉換器輸出的模擬量是電流。轉換器輸出的模擬量是電流。 要輸出模擬電壓，要輸出模擬電壓，在在D/A轉換器的輸出端還需轉換器的輸出端還需要增加電路，將電流轉換為電壓。要增加電路

9、，將電流轉換為電壓。 根據(jù)輸出電壓范圍的不同，根據(jù)輸出電壓范圍的不同，D/A轉換器可以工轉換器可以工作于作于單極性或雙極性輸出方式單極性或雙極性輸出方式。1. 單極性單極性輸出方式輸出方式DAC0832 集成運放集成運放A集成運放集成運放A的作用是將的作用是將DAC0832的輸出電流轉換為的輸出電流轉換為輸出電壓：輸出電壓： 8RO256DUu2. 雙極性雙極性輸出方式輸出方式 集成運放集成運放A1的作的作用是將用是將DAC0832的輸?shù)妮敵鲭娏鬓D換為輸出電出電流轉換為輸出電壓；壓； 集成運放集成運放A2是反是反相加法運算放大器，相加法運算放大器，可把輸出電壓變換為可把輸出電壓變換為雙極性。雙

10、極性。256)128(R8OUDu對對A2，由運放輸出計算得，由運放輸出計算得8RO1256DUu對對A1，運放輸出，運放輸出Uo1補充：反碼、補碼、二進制的減法運算補充：反碼、補碼、二進制的減法運算原碼原碼最高位作為符號位，正數(shù)為最高位作為符號位，正數(shù)為0，負數(shù)為，負數(shù)為1。補碼補碼最高位作為符號位，正數(shù)為最高位作為符號位，正數(shù)為0，負數(shù)為，負數(shù)為1.正數(shù)的補碼和它的原碼相同。正數(shù)的補碼和它的原碼相同。負數(shù)的補碼需先將其原碼數(shù)值逐位求反（即為反負數(shù)的補碼需先將其原碼數(shù)值逐位求反（即為反碼），然后在最低位加碼），然后在最低位加1。舍去舍去例：計算例：計算(1001)2-(0101)2 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 補碼補碼 補碼補碼 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0減法變加法減法變加法符號位參與計算，但是不進位。符號位參與計算，但是不進位。二進制算術運算的特點 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1