數(shù)字電子技術(shù) 第六版 課件 8ch2 DA轉(zhuǎn)換器

第8章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器8.2

D/A轉(zhuǎn)換器8.2.1R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器8.2.2權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器8.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)8.2.4集成D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRR

一、

電路組成8.2.1R-2R

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器

電流電壓轉(zhuǎn)換電路(簡稱I/U

轉(zhuǎn)換電路)模擬開關(guān)Si

打向1側(cè)時，相應(yīng)2R

支路接虛地；Si打向0側(cè)時，相應(yīng)2R

支路接地。故無論開關(guān)打向哪一側(cè)，倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)均可等效為下圖。

倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)模擬開關(guān)iF

從A、B、C、D節(jié)點向左看去，各節(jié)點對地的等效電阻均為R。VREFR

因此，由VREF流出的總電流I

是固定不變的，其值為

I=，并且每經(jīng)過一個節(jié)點，電流被分流一半，從數(shù)字量高位到低位的電流分別為：、、、。I3=I2I2

=I4I1

=I8I0

=I16

二、工作原理II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI3RRRBCDA

故流入求和運算放大器輸入端的總電流iΣ為iΣ

==I2D3+I24VREF24R(23D3+22D2+21D1+20D0)=I8D1+I16D0I4D2+(23D3+22D2+21D1+20D0)

對于n位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，則有

故運算放大器的輸出電壓uO為uO=iFRF=-iΣRF=-RFVREF24R(23D3+22D2+21D1+20D0)uO=-RFVREF2nR(2n-1Dn-1+2n-2Dn-2+…+21D1+20D0)

由于倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中各支路的電流恒定不變，直接流入運算放大器的反相輸入端，它們之間不存在傳輸時間差，因而提高了轉(zhuǎn)換速度，所以，倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用非常廣泛。由上式可看出：輸出模擬電壓uO與輸入數(shù)字量成正比，從而實現(xiàn)了D/A轉(zhuǎn)換。電路點評：由于倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻只有R和2R兩種，因此這兩個電阻可以做到精度很高，提高了轉(zhuǎn)換精度。又由于各電阻支路都是直接通過電子開關(guān)與求和運算放大器的同相端或反相端相連，在電子開關(guān)切換過程中各電阻支路中的電流不變，減少了電流建立時間，提高了轉(zhuǎn)換速度，應(yīng)用廣泛。解：4位倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為：波形分析舉例[例]

在倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中，設(shè)VREF=-10V，R=RF，試分別求出：（1）當(dāng)輸入最小數(shù)字量D3D2D1D0=0001時，輸出uo

最小值；（2）當(dāng)輸入數(shù)字量D3D2D1D0=1001時，輸出uo

值；（3）當(dāng)輸入最大數(shù)字量D3D2D1D0=1111時，輸出uo

最大值。uO

=iF

RF=-iΣRF=-RFVREF24R(23D3+22D2+21D1+20D0)（2）uo=-(23×1+22×0+21×0+20×1)=5.625V

（3）uo=UO(max）=-

(23×1+22×1+21×1+20×1)=9.375V（1）uo=UO(min)=-

(23×0+22×0+21×0+20×1)=0.625V8.2.2權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器

在倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)中，各支路電流值會受電子開關(guān)導(dǎo)通電阻的影響，因而會有誤差。若將各支路電流采用恒流源代替，則可提高轉(zhuǎn)換精度。

一、電路組成

i位電子模擬開關(guān)Si

由相應(yīng)輸入數(shù)據(jù)Di控制。當(dāng)Di=1時，Si接1，恒流源接運算放大器的反向端，并提供恒流Ii

；當(dāng)Di=

0時，Si

接0，恒流源接地。S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFI/201111000I/4I/16I/8-+(LSB)(MSB)I/U轉(zhuǎn)換

權(quán)電流恒流源模擬開關(guān)-VREF

當(dāng)電子開關(guān)Si

都接1

端時，最高位代碼對應(yīng)支路的恒流源電流為I/2，相鄰位支路的恒流源電流依次減半。故運算放大器的輸出電壓uO

為

對于n位權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器，則有

uO=

RFI2n(2n-1Dn-1+2n-2Dn-2+…+21D1+20D0)uO=iΣRF=RFI24(23D3+22D2+21D1+20D0)=RF(I2D3+I8D1+I16D0)I4D2+

二、工作原理

由上式可看出：輸出模擬電壓uO與輸入數(shù)字量成正比，從而實現(xiàn)了D/A轉(zhuǎn)換。8.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)一、分辨率

由此可見，D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)

n

越多，分辨率就越小，能分辨的最小輸出電壓值也越小。對于一個10位的D/A轉(zhuǎn)換器，分辨率為0.000978。D/A轉(zhuǎn)換器的最低位有效數(shù)字量（00…01）對應(yīng)輸出的模擬電壓ULSB

與最大數(shù)字量（11…11）輸出滿刻度電壓UFSR

的比值。二、轉(zhuǎn)換精度要獲得較高精度的D/A轉(zhuǎn)換器，應(yīng)選用低漂移高精度的運算放大器，采用高穩(wěn)定度的VREF

和選用高分辨率的D/A轉(zhuǎn)換器。

指D/A轉(zhuǎn)換器在輸入數(shù)字信號開始轉(zhuǎn)換到輸出模擬電壓達(dá)到穩(wěn)定值時所需的時間。

轉(zhuǎn)換時間越短，轉(zhuǎn)換速度就越高。指D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓與理論輸出模擬電壓的最大差值。在D/A轉(zhuǎn)換過程中，產(chǎn)生誤差的原因很多，常見的原因有運放的零點漂移、電子模擬開關(guān)接通時的導(dǎo)通壓降、基準(zhǔn)電壓VREF

的波動、R－2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻阻值的誤差等。

三、轉(zhuǎn)換時間七、集成DAC應(yīng)用舉例一、集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7524介紹

集成DAC簡介常用集成DAC有兩類：一類是內(nèi)部僅含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開關(guān)兩部分，常用于一般的電子電路。另一類是內(nèi)部除含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開關(guān)外，還帶有數(shù)據(jù)鎖存器，并具有片選控制和數(shù)據(jù)輸入控制端，便于和微處理器進(jìn)行連接，多用于微機(jī)控制系統(tǒng)中。8.2.4集成D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用舉例1.8位CMOS集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7524簡介數(shù)據(jù)鎖存器20k

20k

20k

20k

20kΩ……10k

10k

10k

10k

…VDDVREF151213CSWR45611D7

(MSB)D6D5D0

(LSB)S0S1S2S7OUT112316iΣRFBOUT2GND基準(zhǔn)電壓輸入端，

VREF

可正可負(fù)

片選控制端

電源電壓范圍+5V~+15V

8位數(shù)據(jù)輸入端，其電平與TTL電平兼容。MSB表示最高位，LSB表示最低位。接地端

內(nèi)部反饋電RF(10kΩ)的引出端

兩個輸出端，一般將OUT2

接地，OUT1

接運放反向端。

寫信號控制端

2．CMOS電子模擬開關(guān)開關(guān)管兩級反相器電平偏移電路

當(dāng)i

位數(shù)據(jù)Di=1時，V1截止，V3導(dǎo)通，輸出低電平0，經(jīng)V4、V5組成的反相器后輸出高電平1，使V9導(dǎo)通；同時，V6、V7組成的反相器輸出低電平0，使V8截止。這時，2R支路電阻經(jīng)V9接位置1

。當(dāng)Di

=0時，則V8導(dǎo)通，V9截止，2R支路電阻接位置0。從而實現(xiàn)了單刀雙擲開關(guān)的功能。

[例]右圖為CDA7524組成的單極性輸出應(yīng)用電路。圖中電位器R1

用于調(diào)整運放增益，電容C

用以消除運放的自激。已知ULSB=VREF/256，試求滿度輸出電壓。CDA752445789106111213D7D