第十六講 第章 DA轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換器

1、精選ppt1精選ppt2第第9章章 D/AD/A轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器內(nèi)容提要及重點(diǎn)內(nèi)容提要及重點(diǎn)（1 1） D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 DACDAC的工作原理，性能指標(biāo)，集成的工作原理，性能指標(biāo)，集成DACDAC及其應(yīng)用。及其應(yīng)用。（2 2） A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 DAC DAC的工作原理，性能指標(biāo)，集成的工作原理，性能指標(biāo)，集成ADCADC及其應(yīng)用。及其應(yīng)用。重點(diǎn)重點(diǎn) D/A D/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器工作原理，集成轉(zhuǎn)換器工作原理，集成D/AD/A、A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用換器的應(yīng)用 。精選ppt39.1 概述主要內(nèi)容主要內(nèi)容 D/AD/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器的概念轉(zhuǎn)

2、換器的概念 D/A D/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)際舉例轉(zhuǎn)換器的實(shí)際舉例精選ppt41 1D/AD/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器的概念轉(zhuǎn)換器的概念 能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱(chēng)為能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱(chēng)為模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換器器，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器或或ADCADC；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱(chēng)為量的電路稱(chēng)為數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器或或DACDAC。 如圖為一個(gè)鍋爐加熱信號(hào)采集和控制系統(tǒng)如圖為一個(gè)鍋爐加熱信號(hào)采集和控制系統(tǒng) 2 2D/AD/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)際舉例轉(zhuǎn)換器的實(shí)際舉例精選ppt59.2 D/A9.2 D/A

3、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器主要內(nèi)容主要內(nèi)容D/AD/A轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/AD/A轉(zhuǎn)換器的模擬輸出與數(shù)字輸入之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換器的模擬輸出與數(shù)字輸入之間的關(guān)系D/AD/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的3 3個(gè)主要技術(shù)參數(shù)個(gè)主要技術(shù)參數(shù)集成集成DAC0832DAC0832及其應(yīng)用及其應(yīng)用精選ppt69.2.1 D/A9.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu) 基本原理：將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的基本原理：將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量

4、大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)換特性：轉(zhuǎn)換特性：D/AD/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，是指其輸出轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，是指其輸出模擬量和輸入數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。模擬量和輸入數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。 理想的理想的D/AD/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，應(yīng)是輸出模擬量轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，應(yīng)是輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比。與輸入數(shù)字量成正比。 )2222(00112211o ddddKvnnnnv1. D/A1. D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理和轉(zhuǎn)換特性轉(zhuǎn)換器的基本

5、原理和轉(zhuǎn)換特性精選ppt7 n n位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 D/A D/A轉(zhuǎn)換器由數(shù)碼寄存器、模擬電子開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換器由數(shù)碼寄存器、模擬電子開(kāi)關(guān)、解碼網(wǎng)絡(luò)、求和電路及基準(zhǔn)電壓幾部分組成。數(shù)字解碼網(wǎng)絡(luò)、求和電路及基準(zhǔn)電壓幾部分組成。數(shù)字量以串行或并行方式輸入并存儲(chǔ)于數(shù)碼寄存器中，量以串行或并行方式輸入并存儲(chǔ)于數(shù)碼寄存器中，寄存器輸出的每位數(shù)碼驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的數(shù)位上的電子開(kāi)寄存器輸出的每位數(shù)碼驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的數(shù)位上的電子開(kāi)關(guān)將在電阻解碼網(wǎng)絡(luò)中獲得的相應(yīng)數(shù)位權(quán)值送入求關(guān)將在電阻解碼網(wǎng)絡(luò)中獲得的相應(yīng)數(shù)位權(quán)值送入求和電路。求和電路將各位權(quán)值相加便得到與數(shù)字量和電路。求

6、和電路將各位權(quán)值相加便得到與數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。對(duì)應(yīng)的模擬量。 2 2D/AD/A轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖精選ppt89.2.2 9.2.2 二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器如圖所示。轉(zhuǎn)換器如圖所示。 1 1電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)精選ppt9 不論模擬開(kāi)關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端不論模擬開(kāi)關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號(hào)（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號(hào)是是1 1還是還是0 0，各支路的電流是不變的。，各支路的電流是不變的。RUIRUIRUIRUIREFREFRE

7、FREF3210 2 4 8)2222(2248001122333321033221100DDDDRUDRUDRUDRUDRUDIDIDIDIiREFREFREFREFREF2 2權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換電路的工作原理轉(zhuǎn)換電路的工作原理精選ppt10例例9-1 4位二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)位二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC如圖如圖9-5所示，設(shè)所示，設(shè)基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓UREF=-8V，RF= R/2，試求輸入二進(jìn)制數(shù)，試求輸入二進(jìn)制數(shù)D3D2D1D0=1001時(shí)的輸出電壓值。時(shí)的輸出電壓值。解：將解：將D3D2D1D0=1001代入得代入得VVDDDDUuREF5 . 4) 12020212(28)

8、2222(201234001122334o精選ppt119.2.3 倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器R2R倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器電路轉(zhuǎn)換器電路精選ppt129.2.3 倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器（續(xù)） R2R倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) R2R倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)為：形電阻網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)為： 分別從虛線(xiàn)分別從虛線(xiàn)A、B、C、D處向右處向右看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻都是看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻都是R。 不論模擬開(kāi)關(guān)接到運(yùn)算放大器的不論模擬開(kāi)關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）還是接到地，也反相輸入端（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號(hào)是就是不論輸入數(shù)字信號(hào)是1還是

9、還是0，各，各支路的電流不變。支路的電流不變。 精選ppt13輸出電壓表達(dá)式輸出電壓表達(dá)式從參考電壓端輸入的電流為從參考電壓端輸入的電流為 RUIREFREFRUIIRUIIRUIIRUIIREFREFREFREFREFREFREFREF16161 881441 2210123求和運(yùn)算放大器的輸出電壓為求和運(yùn)算放大器的輸出電壓為)2222(2001122334oDDDDRRUiRiRuFREFFFF精選ppt14例例9-3 4位R2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC如圖9-7所示，設(shè)基準(zhǔn)電壓VREF=-8V，RF= R，試求其最大輸出電壓值。解：將D3D2D1D0=1111代入VVDDDDUuREF5 .

10、 7) 12121212(28)2222(201234001122334o精選ppt159.2.4 權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器*Di =1時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)S Si i接運(yùn)放的反相端接運(yùn)放的反相端; ; Di= 0時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)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位權(quán)電流位權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器精選ppt16在恒流源電路中，各支路權(quán)電流的大小均不受開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻和壓在恒流源電路中，各支路權(quán)電流的大小均不受開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻和壓降的影響，這樣降低了對(duì)開(kāi)關(guān)電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。降的影響，這樣

11、降低了對(duì)開(kāi)關(guān)電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。 (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 8I 16I 4I 2I VREF + )D16ID8ID4ID2I(RRi0123 ffO )2D2D2D2D(R2I001122334 f 30ii42DR2Iif精選ppt17實(shí)際的權(quán)電流實(shí)際的權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器電路轉(zhuǎn)換器電路REF32O32401110(222)22ffR Vi RDDRDD電壓恒定電壓恒定各各BJT的的 發(fā)射發(fā)射結(jié)電壓相等結(jié)電壓相等基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路 (MSB) D1 D0 (LSB) i Rf O D3 D2 S3 S2 S1

12、 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 電電 流流 16I + + +- -精選ppt189.2.5 D/A9.2.5 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式轉(zhuǎn)換器的輸出方式 256255REFV 256129REFV 256128REFV 256127REFV 2561REFV 2560REFV8位位D/A轉(zhuǎn)換器在單極性輸出時(shí)的輸入轉(zhuǎn)換器在單極性輸出時(shí)的輸入/輸出關(guān)系輸出關(guān)系000000

13、001000000011111110000000011000000111111111模擬量模擬量 數(shù)字量數(shù)字量MSB LSB精選ppt19雙極性輸出雙極性輸出*1)實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法 首先將帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)原碼轉(zhuǎn)換為首先將帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)原碼轉(zhuǎn)換為2的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼NB，再變成偏，再變成偏移二進(jìn)制碼。經(jīng)移二進(jìn)制碼。經(jīng)DAC，最后轉(zhuǎn)換成與原碼對(duì)應(yīng)的模擬電壓。，最后轉(zhuǎn)換成與原碼對(duì)應(yīng)的模擬電壓。精選ppt20 25622221BREFREFREF8REFBREF1ONVVVVNV )( D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 2R1 O VREF 1 R=Rf R1 R1 + + A1 A2 NB

14、 8 位倒位倒 T 形電阻形電阻 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 i 1 例如：例如：NB0時(shí)，時(shí)， Ov0。 NB（1）補(bǔ)補(bǔ)，N 偏偏127 ， REFOVv2561精選ppt219.2.6 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 1分辨率分辨率 分辨率用分辨率用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨表示。在分辨率為率為n n位的位的D/AD/A轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分2 2n n個(gè)不同的個(gè)不同的輸入二進(jìn)制代碼狀態(tài)，能給出輸入二進(jìn)制代碼狀態(tài)，能給出2 2n n個(gè)不同等級(jí)的輸出模個(gè)不同等級(jí)的輸出模擬電壓。擬電壓。 分辨率也可以分辨率也可以用用D

15、/AD/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓V VLSBLSB（輸入數(shù)字只有最低位為輸入數(shù)字只有最低位為1 1）與最大輸出電壓）與最大輸出電壓V VFSRFSR（輸入（輸入數(shù)字全為數(shù)字全為1 1）的比值來(lái)表示）的比值來(lái)表示 精選ppt222 2轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差 3 3轉(zhuǎn)換時(shí)間（輸出建立時(shí)間）轉(zhuǎn)換時(shí)間（輸出建立時(shí)間） 從輸入數(shù)字信號(hào)起，到輸出電壓或電流到達(dá)從輸入數(shù)字信號(hào)起，到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)定值時(shí)所需要的時(shí)間，稱(chēng)為轉(zhuǎn)換時(shí)間（或輸出穩(wěn)定值時(shí)所需要的時(shí)間，稱(chēng)為轉(zhuǎn)換時(shí)間（或輸出建立時(shí)間）。建立時(shí)間）。 D/A D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差是指輸出模擬電壓的實(shí)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差是指輸出模擬電壓的實(shí)際值

16、與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。通常際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。通常要求要求D/AD/A轉(zhuǎn)換器的誤差小于轉(zhuǎn)換器的誤差小于U ULSBLSB/2/2。 D/A D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率和轉(zhuǎn)換誤差共同決定轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的分辨率和轉(zhuǎn)換誤差共同決定轉(zhuǎn)換精度。精度。精選ppt239.2.7 集成集成D/A轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用舉例轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用舉例DAC0832DAC0832的邏輯符號(hào)和引腳圖如圖所示。的邏輯符號(hào)和引腳圖如圖所示。 精選ppt24DAC0832典型應(yīng)用基本電路典型應(yīng)用基本電路 P242 圖圖9-9精選ppt259.2.7 集成D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用（續(xù)*）(1) 數(shù)字式可編程增益控制電路數(shù)字式可編程增益控制電路 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 精選ppt26 D2 D7 OD0 D1