数模转换器课件.ppt

1、理学院电子信息工程系（0/20）数字技术基础数字技术基础第 七 章数模和模数转换理学院电子信息工程系（1/20）概概 述述 数模和模数转换器是连接真实世界和数字世界的数模和模数转换器是连接真实世界和数字世界的桥梁桥梁，广泛应用于，广泛应用于自动控制自动控制、数字通信、数字家电数字通信、数字家电等等领域。领域。以电话话音传输为例：以电话话音传输为例：传传感感器器（听筒）（听筒）ADCDAC数字数字交换交换系统系统传传感感器器（话筒）（话筒）uADnuADnA/D：将模拟信号转换为数字信号，电路称为：将模拟信号转换为数字信号，电路称为ADC。D/A：将数字信号转换为模拟信号，电路称为：将数字信号转

2、换为模拟信号，电路称为DAC。理学院电子信息工程系（2/20）7.1 数模数模(D/A)转换器转换器主要内容：主要内容：FFD/A转换器基本工作原理转换器基本工作原理FF权电阻网络权电阻网络D/A转换器转换器FF倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器FFD/A转换器的主要技术参数转换器的主要技术参数FF集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用理学院电子信息工程系（3/20）dn-1：最高位：最高位 MSB d0 ：最低位：最低位 LSB 100011112222niiinnnddddD一、一、D/A转换器基本工作原理转换器基本工作原理输入数字量为输入数字量为n位二进制数位二进制数Dn（

3、dn-1 d1d0）nUODUku REF若参考电压若参考电压UREF，输出模拟量为，输出模拟量为uo，则有，则有其中其中 kU 为比例系数。为比例系数。D/A转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。理学院电子信息工程系（4/20）一、一、D/A转换器基本工作原理转换器基本工作原理nUDUku REFO 110REF1REF1REF0222nUnUUk Udk Udk Ud 10REF2niiiUdUk求和开关变量n位位D/A转换器原理图转换器原理图 组成组成D/A转换器的基本指导思想：转换器的基本指导思想：将数字量按权将数字量按权展开相加，即得到与

4、数字量成正比的模拟量。展开相加，即得到与数字量成正比的模拟量。理学院电子信息工程系（5/20）di 为为“1”，开关接，开关接UREF；di 为为“0”，开关接地，开关接地 二、权电阻网络二、权电阻网络D/A转换器转换器参考电压源，模拟开关，电阻网络，运算放大器参考电压源，模拟开关，电阻网络，运算放大器 电路结构电路结构（以四位为例）（以四位为例）：理学院电子信息工程系（6/20）3210IIIII 3REF0REF2REF1REF01232222d Ud Ud Ud URRRR3210REF32103(2222)2UddddR “虚地虚地”二、权电阻网络二、权电阻网络D/A转换器转换器理学院

5、电子信息工程系（7/20）IRuFO，则有，则有F2RR 3210REFO32104(2222)2Uudddd 3210REFF32103(2222)2URddddR 令：令：二、权电阻网络二、权电阻网络D/A转换器转换器理学院电子信息工程系（8/20）优点：优点：权电阻网络权电阻网络D/A转换器的特点：转换器的特点：结构简单，电阻元件数很少。结构简单，电阻元件数很少。电阻值相差大，制造难度大，精度差。电阻值相差大，制造难度大，精度差。开关切换的过程会造成动态尖峰电流增大。开关切换的过程会造成动态尖峰电流增大。缺点：缺点：二、权电阻网络二、权电阻网络D/A转换器转换器REF2nnUD 此时此时

6、uO的最大变化范围是多少？的最大变化范围是多少？REF2120Unn 对于对于n位的权电阻网络位的权电阻网络DAC，则：，则：120REFO120(222)2nnnnnUuddd 理学院电子信息工程系（9/20）电阻网络中只有电阻网络中只有R和和2R两种阻值。两种阻值。三、倒三、倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器“虚地虚地”电路结构电路结构（以四位为例）（以四位为例）：无论模拟开关在哪个位置，无论模拟开关在哪个位置，2R上端电位为上端电位为0。特点：特点：理学院电子信息工程系（10/20）RUIREF 计算倒计算倒T型电阻网络支路电流的等效电路：型电阻网络支路电流的等效电路：/2I/2

7、I/4I/4I/8I/8I/16I/16I三、倒三、倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器各支路电流从高位到地位依次是各支路电流从高位到地位依次是 。01232222IIII、等效电阻都是等效电阻都是R，故，故 。从从AA、BB、CC、DD每个端口看进去的每个端口看进去的理学院电子信息工程系（11/20）321001232222IIIIIdddd RUIREF 32103210422222Idddd/2I/2I/4I/4I/8I/8I/16I/16I 3210REF3210422222UddddR 三、倒三、倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器理学院电子信息工程系（12/20）IRu

8、FO令令 RF=R，则有则有 3210REFO3210422222Uudddd 3210REF3210422222FURddddR 三、倒三、倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器理学院电子信息工程系（13/20）倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器特点：转换器特点：优点：优点：电阻种类少，精度较高，便于集成；电阻种类少，精度较高，便于集成；开关的动态切换对输出的稳定性影响较小；开关的动态切换对输出的稳定性影响较小；三、倒三、倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器REF2nnUD 对于对于n位的倒位的倒T型电阻网络型电阻网络DAC，则：，则：120REFO120(222)2nnnnn

9、Uuddd 因此，这种形式的因此，这种形式的DAC目前被广泛的采用。目前被广泛的采用。由此可见，输出模拟电压由此可见，输出模拟电压uO与输入数字量与输入数字量Dn成成正比，实现了数模转换。正比，实现了数模转换。理学院电子信息工程系（14/20）四、四、D/A转换器的主要技术参数转换器的主要技术参数一、转换精度一、转换精度指指 D/A 转换器模拟输出产生的最小电压变化量与转换器模拟输出产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比，也可用输入的位数满刻度输出电压之比，也可用输入的位数n表示。表示。ULSBUFSR=12n1分辨率分辨率=1.分辨率（分辨率（Resolution）2.转换误差转换误差 转

10、换误差表示实际的转换误差表示实际的D/A转换特性和理想转换特转换特性和理想转换特性之间的最大偏差。性之间的最大偏差。转换误差是一个综合性指标，包括比例系数误转换误差是一个综合性指标，包括比例系数误差、漂移误差、非线性误差等。差、漂移误差、非线性误差等。理学院电子信息工程系（15/20）四、四、D/A转换器的主要技术参数转换器的主要技术参数二、二、转换速度转换速度 D/A转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所需要的时间称为输出电压所需要的时间称为转换速度转换速度。通常用建立。通常用建立时间时间tset来定量描述。来定量描述。一般给出输入从全一般给出输入

11、从全 0跳变为全跳变为全1(即满度值即满度值uFSR)时的建立时间。时的建立时间。D/A转换器的建立时间转换器的建立时间 tset：从：从Dn发生突变到发生突变到uo进入与稳态值相差进入与稳态值相差12LSBU 范围以内的范围以内的这这段时间。段时间。理学院电子信息工程系（16/20）AD7520原理图原理图 ADC7520是一种是一种10位位CMOS型的型的DAC芯片，芯片芯片，芯片内包括倒内包括倒T型电阻网络和十个型电阻网络和十个CMOS开关，它需要外接开关，它需要外接运算放大器才能工作。运算放大器才能工作。五、集成五、集成D/A转换器及其应用转换器及其应用理学院电子信息工程系（17/20

12、）AD7520典型接法典型接法AD7520管脚排列管脚排列 当当UREF0时，输出时，输出uO为负；当为负；当UREF0时，时，uO为正。为正。五、集成五、集成D/A转换器及其应用转换器及其应用 ADC7520以接口简单、转换控制容易、通用性好、以接口简单、转换控制容易、通用性好、性能价格比高等特点得到广泛的应用。性能价格比高等特点得到广泛的应用。理学院电子信息工程系（18/20）五、集成五、集成D/A转换器及其应用转换器及其应用D/A 转换器转换器 AD7520 的主要参数的主要参数参数名称参数名称单单 位位参数值参数值分辨率分辨率bit10非线性度非线性度转换时间转换时间UREF%of F

13、SR0.05 us1VV电源电压电源电压25 +25功功 耗耗mW 20温度系数温度系数ppm of FSR/C 105 15理学院电子信息工程系（19/20）9REFO10022iiiUud REF102nUD 五、集成五、集成D/A转换器及其应用转换器及其应用10位二进制加法计数器从全位二进制加法计数器从全“0”加到全加到全“1”，电路，电路的模拟输出电压的模拟输出电压uO由由 0V增加到最大值。如果计数脉冲增加到最大值。如果计数脉冲不断，则可在电路的输出不断，则可在电路的输出uO端得到周期性的锯齿波。端得到周期性的锯齿波。应用举例：应用举例：注意：注意：UREF取负值取负值 理学院电子信息工程系（20/20）作业：作业：P226 7.1 7.2 思考题思考题：如何由数模转换器如何由数模转换器AD7520和计数器构成三和计数器构成三 角波信号发生器，并且运用角波信号发生器，并且运用Multisim软件进软件进 行仿真。行仿真。7.1 数模转换器数模转换器