1、1第第9章章 D/AD/A转换器和转换器和A/DA/D转换器转换器内容提要及重点内容提要及重点（1 1）D/AD/A转换器转换器 DACDAC的工作原理，性能指标，集成的工作原理，性能指标，集成DACDAC及其应用。及其应用。（2 2）A/DA/D转换器转换器 DAC DAC的工作原理，性能指标，集成的工作原理，性能指标，集成ADCADC及其应用。及其应用。重点重点 D/A D/A、A/DA/D转换器工作原理，集成转换器工作原理，集成D/AD/A、A/DA/D转转换器的应用换器的应用 。29.1 概述主要内容主要内容 D/AD/A、A/DA/D转换器的概念转换器的概念 D/A D/A、A/DA
2、/D转换器的实际举例转换器的实际举例31 1D/AD/A、A/DA/D转换器的概念转换器的概念 能将模拟量转换为数字量的电路称为能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换模数转换器器，简称，简称A/DA/D转换器转换器或或ADCADC；能将数字量转换为模拟；能将数字量转换为模拟量的电路称为量的电路称为数模转换器数模转换器，简称，简称D/AD/A转换器转换器或或DACDAC。如图为一个锅炉加热信号采集和控制系统如图为一个锅炉加热信号采集和控制系统 2 2D/AD/A、A/DA/D转换器的实际举例转换器的实际举例49.2 D/A9.2 D/A转换器转换器主要内容主要内容D/AD/A转换器的电路结构框
3、图转换器的电路结构框图二进制权电阻网络二进制权电阻网络D/AD/A转换器转换器倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器D/AD/A转换器的模拟输出与数字输入之间的关系转换器的模拟输出与数字输入之间的关系D/AD/A转换器的转换器的3 3个主要技术参数个主要技术参数集成集成DAC0832DAC0832及其应用及其应用59.2.1 D/A9.2.1 D/A转换器的电路结构转换器的电路结构 基本原理：将输入的每一位二进制代码按其权的基本原理：将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就
4、与数字量成正比，这样便实相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。现了从数字量到模拟量的转换。转换特性：转换特性：D/AD/A转换器的转换特性，是指其输出转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。模拟量和输入数字量之间的转换关系。理想的理想的D/AD/A转换器的转换特性，应是输出模拟量转换器的转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。与输入数字量成正比。)2222(00112211o ddddKvnnnnv1.D/A1.D/A转换器的基本原理和转换特性转换器的基本原理和转换特性6 n n位位D/AD/A转换器的电路结构框图如图所示。转换器的
5、电路结构框图如图所示。D/A D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关、转换器由数码寄存器、模拟电子开关、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入并存储于数码寄存器中，量以串行或并行方式输入并存储于数码寄存器中，寄存器输出的每位数码驱动对应的数位上的电子开寄存器输出的每位数码驱动对应的数位上的电子开关将在电阻解码网络中获得的相应数位权值送入求关将在电阻解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路。求和电路将各位权值相加便得到与数字量和电路。求和电路将各位权值相加便得到与数字量对应的模拟量。对应的模拟量。2 2D/AD/A转换器的电
6、路结构框图转换器的电路结构框图79.2.2 9.2.2 二进制权电阻网络二进制权电阻网络D/AD/A转换器转换器二进制权电阻网络二进制权电阻网络D/AD/A转换器如图所示。转换器如图所示。1 1电路结构电路结构8 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是是1 1还是还是0 0，各支路的电流是不变的。，各支路的电流是不变的。RUIRUIRUIRUIREFREFREFREF3210 2 4 8)2222(2248001122333321033221100DDDDRUDRUDRU
7、DRUDRUDIDIDIDIiREFREFREFREFREF2 2权电阻网络权电阻网络D/AD/A转换电路的工作原理转换电路的工作原理9例例9-1 4位二进制权电阻网络位二进制权电阻网络DAC如图如图9-5所示，设所示，设基准电压基准电压UREF=-8V，RF=R/2，试求输入二进制数，试求输入二进制数D3D2D1D0=1001时的输出电压值。时的输出电压值。解：将解：将D3D2D1D0=1001代入得代入得VVDDDDUuREF5.4)12020212(28)2222(201234001122334o109.2.3 倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器R2R倒倒T形电阻网络形电阻网络
8、D/A转换器电路转换器电路119.2.3 倒T型电阻网络D/A转换器（续）R2R倒倒T形电阻网络的特点形电阻网络的特点 R2R倒倒T形电阻网络的特点为：形电阻网络的特点为：分别从虚线分别从虚线A、B、C、D处向右处向右看的二端网络等效电阻都是看的二端网络等效电阻都是R。不论模拟开关接到运算放大器的不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是就是不论输入数字信号是1还是还是0，各，各支路的电流不变。支路的电流不变。12输出电压表达式输出电压表达式从参考电压端输入的电流为从参考电压端输入的电流为 RUIREFREFRUIIRUI
9、IRUIIRUIIREFREFREFREFREFREFREFREF16161 881441 2210123求和运算放大器的输出电压为求和运算放大器的输出电压为)2222(2001122334oDDDDRRUiRiRuFREFFFF13例例9-3 4位R2R倒T形电阻网络DAC如图9-7所示，设基准电压VREF=-8V，RF=R，试求其最大输出电压值。解：将D3D2D1D0=1111代入VVDDDDUuREF5.7)12121212(28)2222(201234001122334o149.2.4 权电流D/A转换器*Di=1时，开关时，开关S Si i接运放的反相端接运放的反相端;Di=0时，开
10、关时，开关S Si i接地接地。(LSB)D2 D3(MSB)i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 8I 16I 4I 2I VREF +4位权电流位权电流D/A转换器转换器15在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。(LSB)D2 D3(MSB)i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 8I 16I 4I 2I VREF +)D16ID8ID4ID2I(RRi0123 ffO )2D2D2D2D
11、(R2I001122334 f 30ii42DR2Iif16实际的权电流实际的权电流D/A转换器电路转换器电路REF32O32401110(222)22ffR Vi RDDRDD电压恒定电压恒定各各BJT的的 发射发射结电压相等结电压相等基准电流产生电路基准电流产生电路(MSB)D1 D0(LSB)i Rf O D3 D2 S3 S2 S1 S0 8I 16I 4I 2I VREF+A1 R1+A2 IBB IEC IEO IE1 IE2 IE3 IREF Tr T3 T2 T1 T0 TC R 2R 2R 2R 2R 2R R R R VEE I=IREF=1RREFV 偏偏 置置 电电 流
12、流 16I+-179.2.5 D/A9.2.5 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 256255REFV 256129REFV 256128REFV 256127REFV 2561REFV 2560REFV8位位D/A转换器在单极性输出时的输入转换器在单极性输出时的输入/输出关系输出关系000000001000000011111110000000011000000111111111模拟量模拟量 数字量数字量MSB LSB18双极性输出双极性输出*1)实现方法实现方法 首先将带符号的二进制数原码转换为首先将带符号的二进制数原码转换为2的补码的补码NB，再变成偏，再变成偏移二进制码。经移二进制
13、码。经DAC，最后转换成与原码对应的模拟电压。，最后转换成与原码对应的模拟电压。19 25622221BREFREFREF8REFBREF1ONVVVVNV )(D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 2R1 O VREF 1 R=Rf R1 R1+A1 A2 NB 8 位倒位倒 T 形电阻形电阻 网络网络 D/A 转换器转换器 i 1 例如：例如：NB0时，时，Ov0。NB（1）补补，N 偏偏127，REFOVv2561209.2.6 D/A转换器的主要技术参数转换器的主要技术参数 1分辨率分辨率 分辨率用分辨率用输入二进制数的有效位数输入二进制数的有效位数表示。在分辨表示。在分辨率
14、为率为n n位的位的D/AD/A转换器中，输出电压能区分转换器中，输出电压能区分2 2n n个不同的个不同的输入二进制代码状态，能给出输入二进制代码状态，能给出2 2n n个不同等级的输出模个不同等级的输出模拟电压。拟电压。分辨率也可以分辨率也可以用用D/AD/A转换器的最小输出电压转换器的最小输出电压V VLSBLSB（输入数字只有最低位为输入数字只有最低位为1 1）与最大输出电压）与最大输出电压V VFSRFSR（输入（输入数字全为数字全为1 1）的比值来表示）的比值来表示 212 2转换误差转换误差 3 3转换时间（输出建立时间）转换时间（输出建立时间）从输入数字信号起，到输出电压或电流
15、到达从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为转换时间（或输出稳定值时所需要的时间，称为转换时间（或输出建立时间）。建立时间）。D/A D/A转换器的转换误差是指输出模拟电压的实转换器的转换误差是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。通常际值与理想值之差，即最大静态转换误差。通常要求要求D/AD/A转换器的误差小于转换器的误差小于U ULSBLSB/2/2。D/A D/A转换器的分辨率和转换误差共同决定转换转换器的分辨率和转换误差共同决定转换精度。精度。229.2.7 集成集成D/A转换器及应用举例转换器及应用举例DAC0832DAC0832的逻辑符号和
16、引脚图如图所示。的逻辑符号和引脚图如图所示。23DAC0832典型应用基本电路典型应用基本电路 P242 图图9-9249.2.7 集成D/A转换器的应用（续*）(1)数字式可编程增益控制电路数字式可编程增益控制电路 D2 D7 O D0 D1 2R 2R 2R 2R R R R D8 D9 R R R I 2R 2R 2R-+RF IOUT1 IOUT 2 VREF 25 D2 D7 OD0 D1 2R 2R 2R 2R R R R D8 D9 R R R I2R 2R 2R-+RF IOUT1 IOUT2 VREF O-+R IOUT2I IOUT1 倒倒T形电阻网络形电阻网络RDDDvRvOI109911002/)2.22(/OVIA)2.22/(299110010DDDIout1out1 I0 0+I1 1+I2 2+I9 9RDDDVREF109911002/)2.22(根据虚断有根据虚断有:REFOV 26
