數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程第三版課件

概述第7章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

本章小結(jié)A/D轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器

概述第7章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器本章小結(jié)A/D轉(zhuǎn)換器D

概述

主要要求：

理解數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的概念和作用。

概述主要要求：理解數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的概念和作用一、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念和作用數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量(電壓或電流)，使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比。實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器

Digital-AnalogConverter，簡稱

D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。

模數(shù)轉(zhuǎn)換即將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使輸出的數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。

實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器

Analog-DigitalConverter，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。

一、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念和作用數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量數(shù)字量模擬量數(shù)字量傳感器被控對象

自然界物理量為何要進行數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換？模擬量數(shù)字量模擬量數(shù)字量傳感器被控對象自然界物二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例數(shù)字信號物理量模擬信號壓力傳感器溫度傳感器流量傳感器四路模擬開關(guān)數(shù)字控制計算機DAC模擬控制器模擬控制器液位傳感器DACDAC…………模擬控制器模擬控制器生產(chǎn)控制對象

DACADC二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例數(shù)字物理量模擬信號壓力傳感器溫度主要要求：

了解數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理。

了解常用D/A轉(zhuǎn)換器的類型和主要參數(shù)。了解R

-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的電路與工作原理。7.1D/A轉(zhuǎn)換器主要要求：了解數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理。了解常用D/A轉(zhuǎn)換一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理

輸出模擬電壓

uO=

D△=(Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020)△可見，uO∝

D，uO的大小反映了數(shù)字量

D

的大小。DACD0D1Dn-2Dn-1…uOn位二進制數(shù)輸入模擬電壓輸出一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理LSB—LeastSignificantBit

輸入數(shù)字量D=(Dn-1

Dn-2

D1

D0)2

=Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020

△是DAC能輸出的最小電壓值，稱為DAC的單位量化電壓，它等于D最低位(LSB)為1、其余各位均為0時的模擬輸出電壓(用ULSB表示)。一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理輸出模擬電壓

uO=DS0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRR(一)

電路組成與轉(zhuǎn)換原理二、R

-2R

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

由倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)和一個電流電壓轉(zhuǎn)換電路(簡稱I/U轉(zhuǎn)換電路)組成。模擬開關(guān)Si

打向“1”側(cè)時，相應(yīng)2R支路接虛地；打向“0”側(cè)時，相應(yīng)2R支路接地。故無論開關(guān)打向哪一側(cè)，倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)均可等效為下圖：S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI3RRRABC從A、B、C節(jié)點向左看去，各節(jié)點對地的等效電阻均為2R。因此，I=VREFRI3=I2=23()，I24I2

=I32=22

()，I24=I4I1

=I22=21

()，I24=I8I0

=I12=20

()I24=I16可見，支路電流值Ii正好代表了二進制數(shù)位Di

的權(quán)值2i。即I3=23

I0，I2=22

I0，I1=21

I0，I0=20

I0

II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI模擬開關(guān)Si

受相應(yīng)數(shù)字位Di

控制。當(dāng)Di=1時，開關(guān)合向“1”側(cè)，相應(yīng)支路電流Ii輸出；Di=0時，開關(guān)合向“0”側(cè)，Ii

流入地而不能輸出。S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRRu0=-

iΣRF=-

D

I0RF=-

D

·

iΣ

=

D3I3+

D2I2+

D1I1+

D0I0

=

(

D323+

D222+

D121+

D020)

I0=

D

I0對n

位

DAC，uO=

-

D

·

若取RF=R，則uO=

-

D

·

n位DAC將參考電壓VREF分成2n份，uO是每份的D倍。調(diào)節(jié)VREF可調(diào)節(jié)DAC的輸出電壓。uO=

-

D

·

模擬開關(guān)Si受相應(yīng)數(shù)字位Di控制。當(dāng)Di=三、常用DAC的類型和主要參數(shù)

(一)常用DAC的類型

常用DAC主要有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、R-2RT形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DAC。其中，后兩者轉(zhuǎn)換速度快，性能好，因而被廣泛采用，權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換精度高，性能最佳。

三、常用DAC的類型和主要參數(shù)(一)常用DAC(二)主要參數(shù)1.分辨率DAC的最小輸出電壓變化量，也即DAC的最小輸出電壓值表示滿度輸出電壓值，F(xiàn)SR即FullScaleRange指D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出所能產(chǎn)生的最小電壓變化量與滿刻度輸出電壓之比。

UFSR=uO|D=111=(2n–1)ULSBn位均為1例如，一個10位的DAC，分辨率為0.000978。DAC的位數(shù)越多，分辨率值就越小，能分辨的最小輸出電壓值也越小。(二)主要參數(shù)1.分辨率DAC的最小輸要獲得較高精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，除了正確選用DAC的位數(shù)外，還要選用低漂移高精度的求和運算放大器。

3.

轉(zhuǎn)換時間指DAC在輸入數(shù)字信號開始轉(zhuǎn)換，到輸出的模擬信號達到穩(wěn)定值所需的時間。轉(zhuǎn)換時間越小，轉(zhuǎn)換速度就越高。2.

轉(zhuǎn)換精度

指DAC實際輸出模擬電壓與理想輸出模擬電壓間的最大誤差。它是一個綜合指標(biāo)，不僅與DAC中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且與環(huán)境溫度、求和運算放大器的溫度漂移以及轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。

通常要求DAC的誤差小于ULSB/2。要獲得較高精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，除了正確選用DAC四、集成DAC應(yīng)用舉例四、集成DAC應(yīng)用舉例1.集成DAC簡介常用集成DAC有兩類：一類內(nèi)部僅含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開關(guān)兩部分，常用于一般的電子電路。另一類內(nèi)部除含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開關(guān)外，還帶有數(shù)據(jù)鎖存器，并具有片選控制和數(shù)據(jù)輸入控制端，便于和微處理器進行連接，多用于微機控制系統(tǒng)中。四、集成DAC應(yīng)用舉例四、集成DAC應(yīng)用舉例1.2.8位CMOS集成D/A轉(zhuǎn)換器CDA7524簡介數(shù)據(jù)鎖存器20k20k20k20k20kΩ……10k10k10k10k…VDDVREF151213CSWR45611D7

(MSB)D6D5D0

(LSB)S0S1S2S7OUT112316iΣRFBOUT2GND基準(zhǔn)電壓輸入端

VREF可正可負

片選控制端

電源電壓范圍+5V~+15V

8位數(shù)據(jù)輸入端，其電平與TTL電平兼容。MSB表示最高位，LSB表示最低位。接地端

內(nèi)部反饋電阻RF的引出端

兩個輸出端，一般將OUT2接地，OUT1接運放反向端。

寫信號控制端

2.8位CMOS集成D/A轉(zhuǎn)換器CDA75

[例]右圖為CDA7524的單極性輸出應(yīng)用電路。圖中電位器R1用于調(diào)整運放增益，電容

C用以消除運放的自激。已知ULSB=VREF/256，試求滿度輸出電壓及滿度輸出時所需的輸入信號。CDA752445789106111213D7D6D4D3D2D1D5D0CS314VDD151612VREF=

10V++-△∞OUT1OUT2uOC2kR2R11k15pFWR解：當(dāng)

D7D6D5D4D3D2D1D0=

11111111

時，輸出為滿度值。uO=-

UFSR

-9.961V。[例]右圖為CDA75244578910主要要求：了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理。了解A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。了解常用A/D轉(zhuǎn)換器。7.2A/D轉(zhuǎn)換器

主要要求：了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理。了解A/D轉(zhuǎn)換器的主要一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理和一般步驟

“[]”表示取整。基本原理ADCD0D1Dn-2Dn-1…uI模擬輸入信號n位二進制數(shù)輸出

D=Dn-1

Dn-2

D1

D0可見，輸出數(shù)字量D正比于輸入模擬量uI。△稱為ADC的單位量化電壓或量化單位，它是ADC的最小分辨電壓。一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理和一般步驟“[]”表示取采樣：把時間連續(xù)變化的信號變換為時間離散的信號。

保持：保持采樣信號，使有充分時間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

量化：把采樣保持電路的輸出信號用單位量化電壓的

整數(shù)倍表示。

編碼：把量化的結(jié)果用二進制代碼表示。A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0…uI(t)S采樣保持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量采樣：把時間連續(xù)變化的信號變換為時間離散的信號。

保持：保持采樣信號是否會丟失原信號的信息呢？對信號進行量化會引起誤差嗎？量化誤差大小與ADC的位數(shù)、基準(zhǔn)電壓VREF和量化方法有關(guān)。

采樣定理：當(dāng)采樣頻率不小于輸入模擬信號頻譜中最高頻率的兩倍時，采樣信號可以不失真地恢復(fù)為原模擬信號。

量化誤差：因模擬電壓不一定能被ULSB整除，量化時舍去余數(shù)而引起的誤差。

采樣信號是否會丟失原信號的信息呢？對信號進行量化會引起誤差嗎劃分量化電平的兩種方法最大量化誤差==(1/8)V最大量化誤差

=/2=(1/15)V1=1/8V4=4/8V0(6/8)V(7/8)V000001010011100101110111模擬電平二進制代碼代表的模擬電平0=0V2=2/8V3=3/8V5=5/8V6=6/8V7=7/8V(5/8)V(4/8)V(3/8)V(2/8)V(1/8)V(8/8)V模擬電平二進制代碼代表的模擬電平0=0V1=2/15V2=4/15V3=6/15V4=8/15V5=10/15V6=12/15V7=14/15V(13/15)V0000001010011100101110111(11/15)V(15/15)V(9/15)V(3/15)V(7/15)V(1/15)V(5/15)V劃分量化電平的兩種方法最大量化誤差==(1/8)VVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC

0000000000uI電阻構(gòu)成分壓器VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC

0000001001uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC0000011010uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC0000111011uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC0001111100uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC0011111101uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC0111111110uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC1111111111uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1三、常用ADC的類型和主要參數(shù)

(一)常用ADC的類型常用ADC主要有并聯(lián)比較型、雙積分型和逐次逼近型。其中，并聯(lián)比較型ADC轉(zhuǎn)換速度最快，但價格貴；雙積分型ADC精度高、抗干擾能力強，但速度慢；逐次逼近型速度較快、精度較高、價格適中，因而被廣泛采用。三、常用ADC的類型和主要參數(shù)(一)常用ADC指ADC實際輸出數(shù)字量與理想輸出數(shù)字量之間的最大差值。通常用最低有效位LSB的倍數(shù)來表示。

(二)主要參數(shù)2.相對精度(又稱轉(zhuǎn)換誤差)

指ADC輸出數(shù)字量的最低位變化一個數(shù)碼時，對應(yīng)輸入模擬量的變化量。

1.分辨率例如最大輸出電壓為5V的8位ADC的分辨率為：

5V/28=19.6mA分辨率也可用ADC的位數(shù)表示。位數(shù)越多，能分辨的最小模擬電壓值就越小。例如轉(zhuǎn)換誤差不大于1/2LSB，即說明實際輸出數(shù)字量與理想輸出數(shù)字量之間的最大誤差不超過1/2LSB。指ADC實際輸出數(shù)字量與理想輸出數(shù)字量之間的最大差值3.轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換速度比較：并聯(lián)比較型>逐次逼近型>雙積分型數(shù)十ns數(shù)十s

數(shù)十ms指ADC完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間，即從轉(zhuǎn)換開始到輸出端出現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)字信號所需要的時間。轉(zhuǎn)換時間越小，轉(zhuǎn)換速度越高。3.轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換速度比較：并聯(lián)比較型>逐次逼近型D/A

轉(zhuǎn)換是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與之成正比的模擬電量。常用的DAC主要有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、R

-2RT形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、R

-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DAC。其中，后兩者轉(zhuǎn)換速度快，性能好，因而被廣泛采用，權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換精度高，性能最佳。本章小結(jié)D/A轉(zhuǎn)換是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與之成正比本章小結(jié)A/D轉(zhuǎn)換是將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為與之成正比的數(shù)字量。常用ADC主要有并聯(lián)比較型、雙積分型和逐次逼近型。其中，并聯(lián)比較型ADC屬于直接轉(zhuǎn)換型，其轉(zhuǎn)換速度最快，但價格貴；雙積分型ADC屬于間接轉(zhuǎn)換型，其速度慢，但精度高、抗干擾能力強；逐次逼近型也屬于直接轉(zhuǎn)換型，其速度較快、精度較高、價格適中，因而被廣泛采用。A/D轉(zhuǎn)換是將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為與之成正比的數(shù)字量。常用A/D轉(zhuǎn)換要經(jīng)過采樣-保持和量化與編碼兩步實現(xiàn)。采樣-保持電路對輸入模擬信號抽取樣值，并展寬(保持)；量化是對樣值脈沖進行分級，編碼是將分級后的信號轉(zhuǎn)換成二進制代碼。在對模擬信號采樣時，必須滿足采樣定理：采樣脈沖的頻率fS必須大于輸入模擬信號最高頻率分量的2倍。這樣才能不失真地恢復(fù)出原模擬信號。A/D轉(zhuǎn)換要經(jīng)過采樣-保持和量化與編碼兩步實現(xiàn)。采樣DAC和ADC的分辨率和轉(zhuǎn)換精度都與轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多，分辨率和精度越高?；鶞?zhǔn)電壓VREF是重要的應(yīng)用參數(shù)，要理解基準(zhǔn)電壓的作用，尤其是在A/D轉(zhuǎn)換中，它的值對量化誤差、分辨率都有影響。一般應(yīng)按器件手冊給出的范圍確定VREF值，并且保證輸入的模擬電壓最大值不大于VREF值。DAC和ADC的分辨率和轉(zhuǎn)換精度都與轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)，概述第7章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

本章小結(jié)A/D轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器

概述第7章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器本章小結(jié)A/D轉(zhuǎn)換器D

概述

主要要求：

理解數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的概念和作用。

概述主要要求：理解數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的概念和作用一、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念和作用數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量(電壓或電流)，使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比。實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器

Digital-AnalogConverter，簡稱

D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。

模數(shù)轉(zhuǎn)換即將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使輸出的數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。

實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器

Analog-DigitalConverter，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。

一、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念和作用數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量數(shù)字量模擬量數(shù)字量傳感器被控對象

自然界物理量為何要進行數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換？模擬量數(shù)字量模擬量數(shù)字量傳感器被控對象自然界物二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例數(shù)字信號物理量模擬信號壓力傳感器溫度傳感器流量傳感器四路模擬開關(guān)數(shù)字控制計算機DAC模擬控制器模擬控制器液位傳感器DACDAC…………模擬控制器模擬控制器生產(chǎn)控制對象

DACADC二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例數(shù)字物理量模擬信號壓力傳感器溫度主要要求：

了解數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理。

了解常用D/A轉(zhuǎn)換器的類型和主要參數(shù)。了解R

-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的電路與工作原理。7.1D/A轉(zhuǎn)換器主要要求：了解數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理。了解常用D/A轉(zhuǎn)換一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理

輸出模擬電壓

uO=

D△=(Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020)△可見，uO∝

D，uO的大小反映了數(shù)字量

D

的大小。DACD0D1Dn-2Dn-1…uOn位二進制數(shù)輸入模擬電壓輸出一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理LSB—LeastSignificantBit

輸入數(shù)字量D=(Dn-1

Dn-2

D1

D0)2

=Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020

△是DAC能輸出的最小電壓值，稱為DAC的單位量化電壓，它等于D最低位(LSB)為1、其余各位均為0時的模擬輸出電壓(用ULSB表示)。一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理輸出模擬電壓

uO=DS0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRR(一)

電路組成與轉(zhuǎn)換原理二、R

-2R

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

由倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)和一個電流電壓轉(zhuǎn)換電路(簡稱I/U轉(zhuǎn)換電路)組成。模擬開關(guān)Si

打向“1”側(cè)時，相應(yīng)2R支路接虛地；打向“0”側(cè)時，相應(yīng)2R支路接地。故無論開關(guān)打向哪一側(cè)，倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)均可等效為下圖：S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI3RRRABC從A、B、C節(jié)點向左看去，各節(jié)點對地的等效電阻均為2R。因此，I=VREFRI3=I2=23()，I24I2

=I32=22

()，I24=I4I1

=I22=21

()，I24=I8I0

=I12=20

()I24=I16可見，支路電流值Ii正好代表了二進制數(shù)位Di

的權(quán)值2i。即I3=23

I0，I2=22

I0，I1=21

I0，I0=20

I0

II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI模擬開關(guān)Si

受相應(yīng)數(shù)字位Di

控制。當(dāng)Di=1時，開關(guān)合向“1”側(cè)，相應(yīng)支路電流Ii輸出；Di=0時，開關(guān)合向“0”側(cè)，Ii

流入地而不能輸出。S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRRu0=-

iΣRF=-

D

I0RF=-

D

·

iΣ

=

D3I3+

D2I2+

D1I1+

D0I0

=

(

D323+

D222+

D121+

D020)

I0=

D

I0對n

位

DAC，uO=

-

D

·

若取RF=R，則uO=

-

D

·

n位DAC將參考電壓VREF分成2n份，uO是每份的D倍。調(diào)節(jié)VREF可調(diào)節(jié)DAC的輸出電壓。uO=

-

D

·

模擬開關(guān)Si受相應(yīng)數(shù)字位Di控制。當(dāng)Di=三、常用DAC的類型和主要參數(shù)

(一)常用DAC的類型

常用DAC主要有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、R-2RT形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DAC。其中，后兩者轉(zhuǎn)換速度快，性能好，因而被廣泛采用，權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換精度高，性能最佳。

三、常用DAC的類型和主要參數(shù)(一)常用DAC(二)主要參數(shù)1.分辨率DAC的最小輸出電壓變化量，也即DAC的最小輸出電壓值表示滿度輸出電壓值，F(xiàn)SR即FullScaleRange指D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出所能產(chǎn)生的最小電壓變化量與滿刻度輸出電壓之比。

UFSR=uO|D=111=(2n–1)ULSBn位均為1例如，一個10位的DAC，分辨率為0.000978。DAC的位數(shù)越多，分辨率值就越小，能分辨的最小輸出電壓值也越小。(二)主要參數(shù)1.分辨率DAC的最小輸要獲得較高精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，除了正確選用DAC的位數(shù)外，還要選用低漂移高精度的求和運算放大器。

3.

轉(zhuǎn)換時間指DAC在輸入數(shù)字信號開始轉(zhuǎn)換，到輸出的模擬信號達到穩(wěn)定值所需的時間。轉(zhuǎn)換時間越小，轉(zhuǎn)換速度就越高。2.

轉(zhuǎn)換精度

指DAC實際輸出模擬電壓與理想輸出模擬電壓間的最大誤差。它是一個綜合指標(biāo)，不僅與DAC中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且與環(huán)境溫度、求和運算放大器的溫度漂移以及轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。

通常要求DAC的誤差小于ULSB/2。要獲得較高精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，除了正確選用DAC四、集成DAC應(yīng)用舉例四、集成DAC應(yīng)用舉例1.集成DAC簡介常用集成DAC有兩類：一類內(nèi)部僅含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開關(guān)兩部分，常用于一般的電子電路。另一類內(nèi)部除含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開關(guān)外，還帶有數(shù)據(jù)鎖存器，并具有片選控制和數(shù)據(jù)輸入控制端，便于和微處理器進行連接，多用于微機控制系統(tǒng)中。四、集成DAC應(yīng)用舉例四、集成DAC應(yīng)用舉例1.2.8位CMOS集成D/A轉(zhuǎn)換器CDA7524簡介數(shù)據(jù)鎖存器20k20k20k20k20kΩ……10k10k10k10k…VDDVREF151213CSWR45611D7

(MSB)D6D5D0

(LSB)S0S1S2S7OUT112316iΣRFBOUT2GND基準(zhǔn)電壓輸入端

VREF可正可負

片選控制端

電源電壓范圍+5V~+15V

8位數(shù)據(jù)輸入端，其電平與TTL電平兼容。MSB表示最高位，LSB表示最低位。接地端

內(nèi)部反饋電阻RF的引出端

兩個輸出端，一般將OUT2接地，OUT1接運放反向端。

寫信號控制端

2.8位CMOS集成D/A轉(zhuǎn)換器CDA75

[例]右圖為CDA7524的單極性輸出應(yīng)用電路。圖中電位器R1用于調(diào)整運放增益，電容

C用以消除運放的自激。已知ULSB=VREF/256，試求滿度輸出電壓及滿度輸出時所需的輸入信號。CDA752445789106111213D7D6D4D3D2D1D5D0CS314VDD151612VREF=

10V++-△∞OUT1OUT2uOC2kR2R11k15pFWR解：當(dāng)

D7D6D5D4D3D2D1D0=

11111111

時，輸出為滿度值。uO=-

UFSR

-9.961V。[例]右圖為CDA75244578910主要要求：了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理。了解A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。了解常用A/D轉(zhuǎn)換器。7.2A/D轉(zhuǎn)換器

主要要求：了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理。了解A/D轉(zhuǎn)換器的主要一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理和一般步驟

“[]”表示取整。基本原理ADCD0D1Dn-2Dn-1…uI模擬輸入信號n位二進制數(shù)輸出

D=Dn-1

Dn-2

D1

D0可見，輸出數(shù)字量D正比于輸入模擬量uI?！鞣Q為ADC的單位量化電壓或量化單位，它是ADC的最小分辨電壓。一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理和一般步驟“[]”表示取采樣：把時間連續(xù)變化的信號變換為時間離散的信號。

保持：保持采樣信號，使有充分時間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

量化：把采樣保持電路的輸出信號用單位量化電壓的

整數(shù)倍表示。

編碼：把量化的結(jié)果用二進制代碼表示。A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0…uI(t)S采樣保持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量采樣：把時間連續(xù)變化的信號變換為時間離散的信號。

保持：保持采樣信號是否會丟失原信號的信息呢？對信號進行量化會引起誤差嗎？量化誤差大小與ADC的位數(shù)、基準(zhǔn)電壓VREF和量化方法有關(guān)。

采樣定理：當(dāng)采樣頻率不小于輸入模擬信號頻譜中最高頻率的兩倍時，采樣信號可以不失真地恢復(fù)為原模擬信號。

量化誤差：因模擬電壓不一定能被ULSB整除，量化時舍去余數(shù)而引起的誤差。

采樣信號是否會丟失原信號的信息呢？對信號進行量化會引起誤差嗎劃分量化電平的兩種方法最大量化誤差==(1/8)V最大量化誤差

=/2=(1/15)V1=1/8V4=4/8V0(6/8)V(7/8)V000001010011100101110111模擬電平二進制代碼代表的模擬電平0=0V2=2/8V3=3/8V5=5/8V6=6/8V7=7/8V(5/8)V(4/8)V(3/8)V(2/8)V(1/8)V(8/8)V模擬電平二進制代碼代表的模擬電平0=0V1=2/15V2=4/15V3=6/15V4=8/15V5=10/15V6=12/15V7=14/15V(13/15)V0000001010011100101110111(11/15)V(15/15)V(9/15)V(3/15)V(7/15)V(1/15)V(5/15)V劃分量化電平的兩種方法最大量化誤差==(1/8)VVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC

0000000000uI電阻構(gòu)成分壓器VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC

0000001001uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC0000011010uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC0000111011uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC0001111100uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器二、并聯(lián)比較型ADC0011111101uIVREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)C