1、13.1.1 D/A13.1.1 D/A转换器的基本原理转换器的基本原理13.1.2 13.1.2 倒倒T T形电阻网络形电阻网络D/AD/A转换器转换器 13.1.3 D/A13.1.3 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标输出模拟电压输出模拟电压 uO=D=(Dn-1 2n-1+Dn-2 2n-2+D1 21+D0 20)可见，可见，uO D，uO 的大小反映了数字量的大小反映了数字量 D 的大小。的大小。输入数字量输入数字量 D=(Dn-1 Dn-2 D1 D0)2 =Dn-1 2n-1+Dn-2 2n-2+D1 21+D0 20 它等于它等于 D 最低位最低位(LSB)为为
2、1、其余各位均、其余各位均为为 0 时的模拟输出电压时的模拟输出电压(用用 ULSB 表示表示)。DACD0D1Dn-2Dn-1uO13.1.1 D/A13.1.1 D/A转换器的基本原理转换器的基本原理S0+-uOS1S2S3D3D2D1D0iRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI30 01 11 11 11 10 00 00 0RRR模拟开关模拟开关 Si 打向打向“1”侧侧时，相应时，相应 2R 支路支路接虚接虚地地；打向打向“0”侧侧时，相应时，相应 2R 支路支路接地接地。故无论开。故无论开关打向哪一侧，倒关打向哪一侧，倒 T 型电阻网络均可等效为下图：型电
3、阻网络均可等效为下图：13.1.2 13.1.2 倒倒T T形电阻网络形电阻网络D/AD/A转换器转换器II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI3RRRABC从从 A、B、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R。因此，因此，I=VREFRI3=I2=23()，I24I2=I32=22()，I24=I4I1=I22=21()，I24=I8I0=I12=20()I24=I16可见，支路电流值可见，支路电流值 Ii 正好代表了正好代表了二进制数位二进制数位 Di 的权值的权值 2i。即即 I3=23 I0，I2=22 I0，I1=2
4、1 I0，I0=20 I0 RVI 4REF422模拟开关模拟开关 Si 受相应数字位受相应数字位 Di 控制。当控制。当 Di=1 时，开时，开关合向关合向“1”侧，相应侧，相应支路电流支路电流 Ii 输出输出；Di=0 时，开关时，开关合向合向“0”侧，侧，Ii 流入地而不能输出。流入地而不能输出。S0+-uOS1S2S3D3D2D1D0iRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI30 01 11 11 11 10 00 00 0RRRu0=-i RF=-D I0 RF=-D RRV 4FREF2i=D3 I3+D2 I2+D1 I1+D0 I0 =(D3 23+D2
5、 22+D1 21+D0 20)I0=D I0对对 n 位位 DAC，uO=-D RRVn 2FREF若取若取 RF=R，则则uO=-D nV2REF n 位位 DAC 将参考电压将参考电压 VREF 分成分成 2n 份，份，uO 是是每份的每份的 D 倍。调节倍。调节 VREF 可调节可调节 DAC 的输出电压。的输出电压。uO=-D RRV 4FREF213.1.3 D/A13.1.3 D/A转换器主要指标转换器主要指标(1)(1)分辨率分辨率 用输入的二进制数码的位数用输入的二进制数码的位数n n来表示。位数来表示。位数 越多，分辨率就越高。越多，分辨率就越高。ULSBUFSR=12n1
6、分辨率分辨率=(2)(2)线性度线性度 用非线性误差的大小来表示。用非线性误差的大小来表示。(3)(3)转换精度转换精度 以最大静态转换误差的形式给出，这个以最大静态转换误差的形式给出，这个误差包含非线性误差、比例系数误差、漂移误差等。误差包含非线性误差、比例系数误差、漂移误差等。(4)(4)输出电平输出电平 一般为一般为5V5V至至10V10V，高压输出型的可达，高压输出型的可达24V24V至至30V30V；输出电流型的，低的为几到几十毫安，高的达；输出电流型的，低的为几到几十毫安，高的达3A3A(5)(5)输入数字电平输入数字电平 输入数字信号分别为输入数字信号分别为1和和0时，所对应时，
7、所对应的输入高低电平的值的输入高低电平的值“”“”表示取整。表示取整。ADCD0D1Dn-2Dn-1uI可见，输出数字量可见，输出数字量 D 正比于输入模拟量正比于输入模拟量 uI。称为称为 ADC 的单位量化电压或量化单位，的单位量化电压或量化单位，它是它是 ADC 的最小分辨电压。的最小分辨电压。uD13.2.1 A/D13.2.1 A/D转换器的基本过程转换器的基本过程采样：采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。保持：保持：保持采样信号保持采样信号，使有充分时间转换为数字信号。使有充分时间转换为数字信号。量化：量化：把采样保持电路的输出
8、信号用单位量化电压的把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的 整数倍表示。整数倍表示。编码：编码：把量化的结果用二进制代码表示。把量化的结果用二进制代码表示。A/D 转换的一般步骤转换的一般步骤 uI(t)C量化量化编码编码电路电路Dn-1D1D0uI(t)S采样保持电路采样保持电路采样信号是否会丢采样信号是否会丢失原信号的信息呢？失原信号的信息呢？对信号进行量化会对信号进行量化会引起误差吗？引起误差吗？量化误差大小量化误差大小与与 ADC 的位数、的位数、基准电压基准电压 VREF 和量化方法有关。和量化方法有关。采样定理：采样定理：当采样频率不小于输入模拟信号频谱当采样频率不小于输入模拟信
9、号频谱 中最高频率的两倍时，采样信号可以中最高频率的两倍时，采样信号可以 不失真地恢复为原模拟信号。不失真地恢复为原模拟信号。量化误差：量化误差：因模拟电压不一定能被因模拟电压不一定能被 ULSB 整除，整除，量化时舍去余数而引起的误差。量化时舍去余数而引起的误差。13.2.2 A/D13.2.2 A/D转换器的工作原理转换器的工作原理D/AD/Au uI I逐次渐近逐次渐近寄存器寄存器比较器比较器参考参考电源电源时钟时钟信号信号MSBMSBLSBLSBMSBMSBLSBLSB并行数字输出并行数字输出转换控制信号转换控制信号100010003.2V3.2V8V8V1 1011101117V7V
10、011001106V6V010101015V5V010001004V4V001100113V3V0 000110011工作原理如右图示：工作原理如右图示：13.2.3 A/D 13.2.3 A/D 转换器的主要指标转换器的主要指标2.2.相对精度相对精度1.1.分辨率分辨率3.3.转换速度转换速度4.4.电源抑制电源抑制表示输出数字量变化一个相邻数码所对应的输入模表示输出数字量变化一个相邻数码所对应的输入模拟量的变化量，常以输出二进制的位数表示。拟量的变化量，常以输出二进制的位数表示。指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。完成一次转换所需要的时间。完成一次转换所需要的时间。并联比较型并联比较型 逐次比较型逐次比较型 双积分型双积分型在输入模拟电压不变的条件下，当转换电路的供电在输入模拟电压不变的条件下，当转换电路的供电电源电压变化时对输出的影响。电源电压变化时对输出的影响。
