杨志忠数电 第3版 8 数模和模数转换器.ppt

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1、概　述第8章　数模和模数转换器本章小结A/D转换器D/A转换器8.1概述主要要求：理解数模和模数转换器的概念和作用。一、数模和模数转换的概念和作用数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。实现数模转换的电路称数模转换器Digital-AnalogConverter，简称D/A转换器或DAC。模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。实现模数转换的电路称模数转换器Analog-DigitalConverter，简称A/D转换器或AD

2、C。模拟量数字量模拟量数字量传感器被控对象自然界物理量为何要进行数模和模数转换？二、数模和模数转换器应用举例数字信号物理量模拟信号压力传感器温度传感器流量传感器四路模拟开关数字控制计算机DAC模拟控制器模拟控制器液位传感器DACDAC…………模拟控制器模拟控制器生产控制对象DACADC二、数模和模数转换器应用举例主要要求：了解数模转换的基本原理。了解常用D/A转换器的类型和主要参数。了解R-2R倒T形电阻网络D/A转换器的电路与工作原理。8.2D/A转换器一、数模转换的基本原理输出模拟电压uO=D△=(

3、Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020)△可见，uO∝D，uO的大小反映了数字量D的大小。DACD0D1Dn-2Dn-1…uOn位二进制数输入模拟电压输出一、数模转换的基本原理LSB—LeastSignificantBit输入数字量D=(Dn-1Dn-2D1D0)2=Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020△是DAC能输出的最小电压值，称为DAC的单位量化电压，它等于D最低位(LSB)为1、其余各位均为0时的模拟输出电压(用ULSB表示)。S0++-△

4、∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRR(一)电路组成与转换原理二、R-2R倒T形电阻网络DAC由倒T型电阻网络、模拟开关和一个电流电压转换电路(简称I/U转换电路)组成。模拟开关Si打向“1”侧时，相应2R支路接虚地；打向“0”侧时，相应2R支路接地。故无论开关打向哪一侧，倒T型电阻网络均可等效为下图：II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI3RRRABC从A、B、C节点向左看去，各节点对地的等效

5、电阻均为2R。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Ii正好代表了二进制数位Di的权值2i。即I3=23I0，I2=22I0，I1=21I0，I0=20I0模拟开关Si受相应数字位Di控制。当Di=1时，开关合向“1”侧，相应支路电流Ii输出；Di=0时，开关合向“0”侧，Ii流入地而不能输出。S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VRE

6、F2R2RI02RI12RI22RI301111000RRRu0=-iΣRF=-DI0RF=-D·iΣ=D3I3+D2I2+D1I1+D0I0=(D323+D222+D121+D020)I0=DI0对n位DAC，uO=-D·若取RF=R，则uO=-D·n位DAC将参考电压VREF分成2n份，uO是每份的D倍。调节VREF可调节DAC的输出电压。uO=-D·三、常用DAC的类型和主要参数(一)常用DAC的类型常用DAC主要有权电阻网络DAC、R-2RT形电阻网络DAC、R-2R倒T形电阻网络DAC和权电流

7、网络DAC。其中，后两者转换速度快，性能好，因而被广泛采用，权电流网络DAC转换精度高，性能最佳。(二)主要参数1.分辨率DAC的最小输出电压变化量，也即DAC的最小输出电压值表示满度输出电压值，FSR即FullScaleRange指D/A转换器模拟输出所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。UFSR=uO

8、D=111=(2n–1)ULSBn位均为1例如，一个10位的DAC，分辨率为0.000978。DAC的位数越多，分辨率值就越小，能分辨的最小输出电压值也越小。要获得较高精度的D/A转换结

9、果，除了正确选用DAC的位数外，还要选用低漂移高精度的求和运算放大器。3.转换时间指DAC在输入数字信号开始转换，到输出的模拟信号达到稳定值所需的时间。转换时间越小，转换速度就越高。2.转换精度指DAC实际输出模拟电压与理想输出模拟电压间的最大误差。它是一个综合指标，不仅与DAC中元件参数的精度有关，而且与环境温度、求和运算放大器的温度漂移以及转换器的位数有关。通常要求DAC的误差小于ULSB/2。四、集成DAC应用举例四、集成DAC应用举