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文檔簡介
1、掌握倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)、集成D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理及相關(guān)計(jì)算。2、掌握并行比較、逐次比較、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)的工作原理及其特點(diǎn)。3、正確理解D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。教學(xué)基本要求概述模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換稱為?!獢?shù)轉(zhuǎn)換,或稱為A/D( og
to
Digital)把實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為A/D轉(zhuǎn)換器(
ogDigital
Converter
,ADC)從數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換稱為D/A(Digital
to
og)轉(zhuǎn)換把實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器(Digitalog
Converter,
DAC)典型數(shù)字控制系統(tǒng)框圖9.1
D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換的基本原理倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用9.1
D/A轉(zhuǎn)換器1.概述1、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器:將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與之成正比模擬量。碼,每位代碼都有一定的權(quán)值,如能將每一位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量,然后,將這些模擬量相加,即可得到與數(shù)字量成正比的模擬量,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字量--模擬量的轉(zhuǎn)換。①實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的基本思想將二進(jìn)制數(shù)ND=(11001)B轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。ND=b4×24+b3×23+b2×22+b1×21+b0×20=1×24+1×23+0×22+0×21+1×20數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合而成的,對于9.1.1
D/A轉(zhuǎn)換的基本原理②D/A轉(zhuǎn)換器的組成:數(shù)碼寄存器n
位模擬開關(guān)網(wǎng)絡(luò)求和電路基準(zhǔn)電壓n
位數(shù)字量輸入模擬量DAC的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以并行輸入也可串行輸入用存放在數(shù)字寄存器中的數(shù)字量的各位數(shù)碼由輸入數(shù)字量控制產(chǎn)生權(quán)電流將權(quán)電流相加產(chǎn)生與輸入成正比的模擬電壓ifR
=RvOS0VREF–+S1S2S3+–基準(zhǔn)電壓電子開關(guān)R
/2R
/4R
/8求和電路(LSB)2(MSB
D3
D D D1
0數(shù)字量輸入電阻網(wǎng)絡(luò)Ri0
i1I2i2i3A模擬量輸出③實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的原理電路vO
Rf
(
i3
i2
i1
i0
)Ri3
8VREFD3Ri2
R4VREFD21iR
2VREFD
1i0
VREF
D03ii
VD
2i
0v
V
(D
23
D
22
D
21
D
20
)O
REF
3
2
1
0REF,,,鎖存器④D/A轉(zhuǎn)換器的分類:按 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC權(quán)電流DAC權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC按模擬電子開關(guān)電路分類CMOS開關(guān)型DAC雙極型開關(guān)型DAC電流開關(guān)型DACECL電流開關(guān)型DACD/A轉(zhuǎn)換器9.1.2
倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器vORf+VREF2RS0S1S2S3i2R2R2R(LSB)
(MSB)D0
D1
D2
D38I16II4
2II2R–+RRRI/16I/8I/4I/2D
=1,S
接運(yùn)算放大器反相端,電流I
流入求和電路電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)輸出模擬電壓i根據(jù)i
運(yùn)放i線性運(yùn)用時(shí)2R虛地的概念可知,無論模擬開關(guān)S
處于i
何種位i
置,與Si相連的2R電阻將接“i地”
或虛地。1、4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器求和運(yùn)算放大器輸入4位二進(jìn)制數(shù)基準(zhǔn)電壓D
=0,S?則電將阻電網(wǎng)阻絡(luò)
接地模擬電子開關(guān)求和運(yùn)算放大器D/A轉(zhuǎn)換器的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)流過各開關(guān)支路的電流:I3
=?I2
=?I1
=?I0
=?基準(zhǔn)電源VREF提供的總電流為:I=?2R2R2R2R2RRRRVREFIADA
BCDRI
VREFI/4I/8I/16R
R
RB
CRI/2I/4I/16
I/8I/2I3I2I1I0流入每個(gè)2R電阻的電流從I3=
VREF
/
2RI2=
VREF
/
4R到低位按2的整數(shù)倍遞減。I1=
VREF
/
8R I0=
VREF
/16
R流入運(yùn)放的總電流:
i
=
I0
+
I1
+
I2+
I3)R1
2
324
23
22
21
V
(
D
D
D
DREF
0輸出模擬電壓:
i
0(
D
2
)RRn1iif2nREFO
V
3i
0(
D
2
)RR
V
iiREF24fO
f
i
R
D2(MSB)D3RfO(LSB)D0D1S0S2S32R2R2R
2R2RS1I8I16R
R
RI+VREFi–+I8I16I44位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的輸出模擬電壓:O
i
Rf3i
f
REFi24Ri0
R
V(D
2
)n
位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC有:ifOREF2nn1V
R
(Di
2
)R
i02nRK
VREF
Rf
,iiNB
(D
2
)n1i0令:則O
=
–
K
NB在電路中輸入的每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)NB,均能得到與之成正比的模擬電壓輸出。D7OAD7533D/A轉(zhuǎn)換器D0
D1
D2RR
RRR–+RIOUT1IOUT2VREFAD7520RF10K2R2R2R2R2R2R2R10K20K使用:1)要外接運(yùn)放,2)運(yùn)放的反饋電阻可使用電阻,也可采用外接電阻)2.集成D/A轉(zhuǎn)換器10位CMOS電流開關(guān)型D/A轉(zhuǎn)換器D8
D99iOiREF210fRV
R
(D
2
)
i0iOiREF2nfRn1V
R
(D
2
)
i0關(guān)于D/A轉(zhuǎn)換器精度的為提高D/A轉(zhuǎn)換器的精度,對電路參數(shù)的要求:基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性好;倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)中R和2R電阻比值的精度要高;每個(gè)模擬開關(guān)的開關(guān)電壓降要相等(3)為實(shí)現(xiàn)電流從 到低位按2的整數(shù)倍遞減,模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻也相應(yīng)地按2的整數(shù)倍遞增。為進(jìn)一步提高D/A轉(zhuǎn)換器的精度,可采用權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器。Di
=1時(shí),開關(guān)Si接運(yùn)放的反相端;Di=0時(shí),開關(guān)Si接地。9.1.3
權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器(LSB)iROD0D1
D2
D3S0S1S2S3I8I16–VRE–+1. 4位權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器(MSB)在恒流源電路中,各支路權(quán)電流的大小均不受開關(guān)導(dǎo)通電阻和壓降的影響,這樣降低了對開關(guān)電路的要求,提高了轉(zhuǎn)換精度。2
4
8
16I3
2
1
0O
f
f
i
R
R
( D
I
D
I
D
I
D
)
I
R
(
D
23
D
22
D
21
D
20
)f
3
2
1
03i
0D
2i
R24
I
24if(LSB)D2D3(MSB)iRfOD0D1S0S1S2S3I8I16–VRE–+實(shí)際的權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器電路13
2
1
024
RO
f
i
R
Rf
VREF
(D
23
D
22
D
21
D
20
)電壓恒定各BJT的發(fā)射結(jié)電壓相等基準(zhǔn)電
生電路(MSB)D1D0(LSB)iRfOD3D2S3S2S1S0
I8
I4
I2VREF+–A1R1+–A2IECIEOIE1IE2IE3IREFTrT3T2T1T0TCR2R2R2R2R2RRRR–VEEI
=
IREF
=1RVREF偏置IBB
電流++-9.1.4
D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式8位D/A轉(zhuǎn)換器在單極性輸出時(shí)的輸入/輸出關(guān)系MSB數(shù)字量LSB模擬量11111111
V
255
REF
256
…
V
129
REF
256
V
128
REF
256
V
127
REF
256
…
V
1
REF
256
V
0
REF
256
…100000011000000001111111…0000000100000000十進(jìn)制數(shù)2的補(bǔ)碼偏移二進(jìn)制碼模擬量D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D00/VLSB12701111111111111111271260111111011111110126???100000001100000011000000000100000000-11111111101111111-1???-1271000000100000001-127-1281000000000000000-128*表中VLSB=VREF/256256222REF28REFO
1
N
B
V
VREF)
VREF(
N
BVREF
1
VOVREF1R=RfR1R1+–+–A1A22R1NBD7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D08位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A
轉(zhuǎn)換器i19.1.5
D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)給出。n位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為12n
11、分辨率分辨率:其定義為D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)。n位DAC最多有2n個(gè)模擬輸出電壓。位數(shù)越多D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高。分辨率也可以用能分辨的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比2、轉(zhuǎn)換精度:轉(zhuǎn)換精度是指對給定的數(shù)字量,D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際值與理論值之間的最大偏差。產(chǎn)生原因:由于D/A轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值存在誤差,如基準(zhǔn)電壓不夠穩(wěn)定或運(yùn)算放大器的零漂等各種因素的影響。幾種轉(zhuǎn)換誤差:有如比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差和非線性誤差等9.1.6
集成D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用(1)
數(shù)字式可編程增益控制電路D2D7OD0D12R2R2R2RRRRD8D9RRR
I2R2R2R-+RFIOUT1IOUT
2VREFD2D7OD0D1
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