电子技术基础 数字部分(第六版) 康华光第10章模数与数模转换器共2节

流入运放的总电流： i ＝ I0 + I1 + I2 + I3

输出模拟电压： Rf VREF 3 O i Rf 4 ( Di 2i ) R 2 i 0
VREF Rf n 1 i O n ( Di 2 ) 2 R i 0
D7 D8 D9 10K R RF IOUT1 IOUT2
– +
O
2R
2R
2R
2R
2R
2R 10K
2R 20K VREF
R
R
R
R
R
使用:1)要外接运放，
2)运放的反馈电阻可使用内部电阻 ， 也可采用外接电阻）
VREF Rf 9 O 10 ( Di 2i ) 2 R i 0
I3= VREF / 2R
I2= VREF / 4R
I1= VREF / 8R I0= VREF /16 R
Rf (LSB) D0 D1 D2 (MSB) D3 i –
O
+ S0 2R 2R
I 16
S1 2R
I 8 I 2R 4
S2
I 2R 2
S3
R
I 16 I 8 I 4
R
I 2
R +VREF I
求和运算放大器
Rf
vO
电阻网络
2R 2R
I 16
S0 I/16 2R R I 8
S1 I/8 2R R I 4
S2 I/4 2R R I 2
S3 I/2 +VREF I
输 出 模 拟 电 压
基准电压
• 电阻网络 Di=0, Si则将电阻2R接地 根据运放线性运用时虚地的概念可知，无论模拟开关 Si处于 • 模拟电子开关 Di=1, Si接运算放大器反相端，电流 Ii流入求和电路 何种位置，与 Si相连的2R电阻将接“地” 或虚地。 • 求和运算放大器
8V REF D3 i3 R
数字量输入
vO Rf (i3 i2 i1 i0 )
vO VREF ( D3 23 D2 22 D1 21 D0 20 ) VREF Di 2i
i 0 3
3. D/A转换器的分类:
T型电阻网络DAC
D/A 转 换 器
Analog to digital converter
Encoder
Mp3
(wma)
Memory
模拟电路
模数混合电路 数字电路
模拟电路与数字电路的接口模数（数模）转换电路。
10.1 D/A转换器
10.1.1 D/A转换器的输入/输出特性及结构框图
10.1.2 D/A转换器的基本原理
10.1.3 倒T形电阻网络D/A转换器 10.1.4 权电流型D/A转换器 *10.1.5 权电容网络D/A转换器 10.1.6 D/A转换器的输出方式 10.1.7 D/A转换器的技术指标 10.1.8 D/A转换器的应用
S2
I 4
S3
I 2
–VREF
Di =1时，开关Si接运放的反相端;
Di= 0时，开关Si接地。
(LSB) D0
D1
D2
(MSB) D3
Rf i
–
O
+ S0
I 16
S1
I 8
S2
I 4
S3
I 2
–VREF
O i Rf Rf ( D3 D2 D1
I 2
I 4
I 8
I D0 ) 16
VREF
8 位倒 T 形Βιβλιοθήκη 阻 网络 D/A 转换器i –
R=Rf
1 R 1
–
R1
O
A1 + +
A2
10.1.7 D/A转换器的主要技术指标
1、分辨率
分辨率：其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等 级数。n位DAC最多有2n个模拟输出电压。位数越多D/A转换 器的分辨率越高。
分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比 给出。n位D/A转换器的分辨率可表示为
(MSB) D3 D2 D1 (LSB) D0 i – A1
Rf
O
基准电流产生电路 I=I
VREF R1 +
+
V = REF R1
REF
S3
I 2 I 4
S2
I 8
S1
S0
I 16 I 16
Tr A2 T3 IREF
+
各BJT的 发射 结电压相等
IEC IBB
T2 IE3
T1 IE2
T0 IE1
D/A转换器的倒T形电阻网络
流过各开关支路的电流：I3 =？I2 =？ I1 =？ I0 =？
基准电源VREF提供的总电流为：I =？
R
A B
R
C
R
D
R I/4 I/2
2R R
I/16
2R 2R
I/8
2R
I0
R
I1
R
2R
I2
I3
I
VREF I R
VREF
I/16
A
I/8
B
I/4
C
I/2
D
流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。
10.1 D/A转换器
10.1.1 D/A转换器的输入/输出特性及其结构框图 1. D/A转换器输入/输出特性
将数字量转换为与之成正比模拟量 。
A= K D
O = – K NB
数字量 n位 DAC
模拟量
1. D/A转换器输入/输出特性
O/（LSB）
7 6
D/A 转换器的输出 理想模拟量的输出
5 4 VLSB 3 2 1 0 000
001
010
011
100
101
110
111
D
数字量与转换后的模拟量之间存在误差 。
2. D/A转换器的结构框图
基准电压
n 位数字 量输入
用存放在数 字寄存器中的 数字量的各位 数码
数码 寄存器
n 位模 拟开关
解码 网络
求和 电路
模拟量 输出
由输入数字 量控制
概述
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
模 拟 传感器
A/D 转换器
数字控制 计算机
D/A 转换器
模拟
控制器
工业生产过程控制对象
ADC和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。
处理模拟信号的模拟电路。
CD rom
1 2n 1
2、转换精度： 转换精度是指对给定的数字量，D/A转换器实际值与 理论值之间的最大偏差。 产生原因：由于D/A转换器中各元件参数值存在误 差，如基准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各 种因素的影响。 几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差和非线 性误差等
10.1.8 集成D/A转换器的应用
(1) 数字式可编程增益控制电路
I
D0 D1 D2 D7 D8 D9
RF IOUT1 IOUT 2
-
O
+
2R
2R
2R
2R
2R
2R
2R VREF
R
R
R
R
R
I
D0
D1
D2
D7
D8
D9 RF IOUT1 IOUT 2
关于D/A转换器精度的讨论 为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求：
VREF Rf n 1 i O n ( Di 2 ) 2 R i0
(1)基准电压稳定性好；
(2) 倒T形电阻网络中R和2R电阻比值的精度要高；
(3) 每个模拟开关的开关电压降要相等
D3 VREF D0 D1 D2 ( 4 3 2 1 ) R 2 2 2 2
4 位倒T形电阻网络DAC的输出模拟电压：
Rf VREF 3 O i Rf 4 ( Di 2i ) R 2 i 0 n 位倒T形电阻网络DAC有：
VREF Rf n 1 i O n ( Di 2 ) 2 R i0
3 I i I 3 2 1 0 R D 2 f i 4 Rf ( D3 2 D2 2 D1 2 D0 2 ) 4 2 i 0 2
在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压 降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。
2.实际的权电流D/A转换器电路
…
1 V REF 256 0 V REF 256
十 进 制 数
127 126
2的补码
D7 0 0 D6 1 1 D5 1 1 D4 1 1 D3 1 1 D2 1 1 D1 1 1 D0 1 0 D7 1 1
偏移二进制码
D6 1 1 D5 1 1 D4 1 1 D3 1 1 D2 1 1 D1 1 1
2. 实现D/A转换的原理电路
电子开关 S1 S2 S3 S0 i0
，
电阻网络 R R /2 R /4 I2 R /8 i
求和电路
i1 i2 i3
Rf=R – A + vO 模拟量输出
，
基准电压 VREF
+ –
(MSB D3 D2 D1 D0 (LSB) , ) 锁存器
VREF D0 i0 R 2V REF D 1 i1 R 4V D i 2 REF 2 R
按解码网络 结构分类