第12章 AD和DA转换.ppt

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1、A/D转换器D/A转换器模拟控制器工业生产过程控制对象模拟传感器ADC和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。将温度、压力、流量、应力等物理量转换为模拟电量。计算机进行数字处理（如计算、滤波）、保存等用模拟量作为控制信号数字控制计算机引言D/A转换器（DigitaltoAnalogConverter,DAC）A/D转换器（AnalogtoDigitalConverter,ADC）D/A转换器D/A转换器的基本原理权电阻网络DAC倒T型电阻网络DAC权电流型DACDAC的主要技术指标DAC小结D/A转换器1、D/A转换器的基本原理n位二进制数输入模拟电压输

2、出输出模拟量二进制数D的按权展开式为2、D/A转换器的一般构成D/A转换器一般由数码缓冲寄存器、模拟电子开关、参考电压、解码网络和求和电路等组成。数字量以串行或并行方式输入，并存储在数码缓冲寄存器中；寄存器的输出驱动对应数位上的电子开关，将在解码网络中获得的相应数位的权值送入求和电路；求和电路将各位权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。n位数字量输入模拟量输出n位D/A转换器方框图数码缓冲寄存器n位数控模拟开关解码网络求和电路参考电压按解码网络的结构不同，有权电阻网络DAC、倒T型电阻网络DAC、权电流型DAC等。权电阻网络DAC4位权电阻网络D/A转换器主要

3、由权电阻网络、模拟开关、求和运算放大器和基准电源VREF四部分组成。1）电路组成2）工作原理对于n位的权电阻网络D/A转换器:特点：结构比较简单，所用的电阻元件数很少。缺点：各个电阻的阻值相差较大，尤其在输入信号的位数较多时，这个问题就更加突出。输出电压的范围:3）电路特点倒T型电阻网络DAC当某位数码为1时，相应的开关将电阻接到运算放大器A的反相输入端（求和点虚地）；当某位数码为0时，相应的开关将电阻接到运算放大器的同相输入端（地）。1）电路组成基准电源VREF提供的总电流为：I=？流过各开关支路的电流：I3=？I2=？I1=？I0=？I/4I/8I/16R

4、RRRI/2I/4I/8I/16I/2I3I2I1I0流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。I3=VREF/2RI2=VREF/4RI1=VREF/8RI0=VREF/16R2）工作原理流入运放的总电流：输出模拟电压：将输入数字量扩展到n位：倒T形电阻网络D/A转换器的特点是：电阻种类少，只有R和2R两种，有利于提高制作精度;模拟开关在地和虚地之间转换，不论开关状态如何，各支路的电流始终不变，因此不需要电流建立时间；各支路电流直接流入运算放大器的输入端，不存在传输时间差，因而提高了转换速度，并减小了动态过程中输出端可能出现的尖峰脉冲。n位倒T形电

5、阻网络DAC有：令：则O=–KNB在电路中输入的每一个二进制数NB，均能得到与之成正比的模拟电压输出。-UR+-AuoS2S3S1S0RFD3D2D1D0I16I8I4I2i权电流型DACDAC的主要技术指标有：转换精度、转换速度。1、分辨率分辨率用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。定义为D/A转换器的模拟输出电压可能被分离的等级数。n位DAC有2n个不同的模拟量输出值，即分辨率为2n，实际中通常用输入数字量的有效位数表示DAC的分辨率，显然位数越多，分辨率越高。如10位、8位等。另外也用DAC的最小非零输出电压与最大输出电压之比来表示分辨率:分

6、辨率DAC的转换精度通常用分辨率、转换误差来描述。主要技术指标05/75001010011100101110111vo/VD0002、转换误差①用最低有效位的倍数表示。如：某个DAC的转换误差为1/2LSB，表示输出模拟电压与理论值之间的绝对误差小于等于输入数字代码为00……1时输出电压的一半。②用输出电压满刻度的百分数表示。（1）造成转换误差的主要原因：参考电压VREF的波动－－比例系数误差运算放大器的零点漂移－－失调误差模拟开关的导通内阻和导通电压电阻网络中的电阻值偏差等转换误差：指输出模拟电压的实际值与理想值之差的最大值。－－非线性误差（2）转换误差的表

7、示方法：如：1％（FSR）①建立时间tSet：输入由全0变为全1，输出电压与稳态值相差（±LSB/2)所需的时间。一般DAC的tset<0.1s。这个参数的值越小越好，3、转换速度当DAC输入的数字量发生变化时，输出的模拟量需要延迟一段时间后才能达到对应的稳态值，通常用建立时间和转换速率来描述。②转换速率：在大信号工作状态下，模拟输出电压的最大变化率。能够将数字信号转换为模拟信号的电路称为D/A转换器(DAC)DAC的电路结构形式主要有权电阻型、倒T型电阻网络及权电流型，目前TTL产品多为权电流型（精度高、速度快），CMOS产品多采用倒T型电阻网络（功耗低

8、）。DAC的模拟输出电压与输入的二进制