AD DA转换电路解析

uO
输入数字量分别控制D3、D2、D1、D0分别控制模拟开 关S3、S2、S1、S0 的工作状态。
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当Di为“1”时，Si接通集成运放的反相输入端，当Di为 “0”时，Si接集成运放的同相输入端。集成运放的同相输入 端接地，由于虚地，则反相输入端也相当接地。这样，不 管开关SI接那边，流过各电阻支路的电流不变。根据电路的 连接关系，标出各支路电流方向及大小如图示：
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输入4位数字量D3、D2、D1、D0分别控制模拟电子 开关S3、S2、S1、S0的工作状态。当Di为“1”时，开关 Si接通参考电压UREF，反之Di为“0”时，开关Si接地。 求和运算放大器的输出电压为：
LSB D0 I0 S0 2 3R S1 2 2R D1 I1 S2 2 1R D2 I2 S3 20R MSB D3 I3 R/2
传感器 A/D 数字控制系统 D/A 模拟控制器
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可以看出， A/D 转换和 D/A 转换是现代数字化设备中不 可缺少的部分，是数字电路和模拟电路中间的接口电路。 为了保证数据处理结果的准确性，要求 A/D 、 D/A 转换 有一定的转换精度。同时，为了适应快速过程控制和检测的 需要， A/D 转换和 D/A 转换必须有足够快的转换速度。为此， 转换精度和转换速度乃是衡量 A/D 转换和 D/A 转换性能优劣 的主要标志。
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UREF
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LSB D0 I0 S0 2 3R S1 2 2R
D1 I1 S2 2 1R
D2 I2
MSB D3 I3 S3 20R
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uO
UREF
uo
R ( I 3 I 2 I1 I 0 ) 2 R U REF U REF U REF U REF ( 0 D3 1 D2 2 D1 3 D0 ) 2 2 R 2R 2 R 2 R R U REF 3 2 1 0 ( 2 D 2 D 2 D 2 D0 ) 3 2 1 3 2 2 R U 数字逻辑电路电子教案 REF D4 西北大学信息学院 4 2
D/A A/D转换电路
在自动控制及自动检测系统中，经常需要将 模拟信号变换为数字信号，或将数字信号转换为 模拟信号，故需要相应的A/D和D/A转换电路。本 章介绍常用D/A、A/D转换电路及工作原理，并简 要介绍两种转换电路的常用指标参数：转换精度、 转换误差及转换速度。
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LSB D0 D1 D2 MSB D3 R
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S0 2R 2R S1 2R I/16 R I/8 R S2 2R I/4 R S3 2R I/2 I UREF
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流入集成运放反相 输入端的电流由数字量 Di控制，为0时，电流 流入同相输入端，为1 时流入反相输入端。输 出电压为：
n位的权电阻D/A转换器，其输出电压为：
uo U REF Dn n 2
上式表明，输出的模拟电压与输入的数字量大小成正 比。当输入数字量全为0时，输出电压为0V；当输入数字 量全为1时，输出电压为 U REF (2n 1) / 2n
上述电路结构简单，缺点是构成权电阻的阻值范围较宽， 品种较多。为保证D/A转换的精度，要求电阻的阻值很精确， 但要保证范围很宽的电阻均具有很高的精度，这给集成电路 的生产带来了困难。因此，集成电路中较少采用这种DAC 电路。
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D/A转换器的转换精度 D/A转换器的转换精度通常采用分辨率和转换误差来描述。 分辨率用输入的二进制数码的位数给出。分辨率为n位 的D/A转换器，输出模拟电压给出2n不同等级的输出电压， 对应代码从全0到全1分。分辨率越高，表明输出模拟电压 可以分辨更小的电压。 分辨率有时也用D/A转换器能够分辨出来的最小电压 （此时输入数字代码只有最低有效位为1，其余各位都为0） 与最大输出输出电压（此时输入数字代码所有各位都为1） 之比给出。如10位的D/A转换器分辨率可以表示为：
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D/A转换器
权电阻网络D/A转换电路
LSB D0 I0 S0 2 3R S1 22 R D1 I1 S2 21R D2 I2 S3 20R MSB D3 I3 R/2
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UREF
电路由权电阻网络20R、21R、22R、23R，电子模拟开 关S0、S1、S2、S3，基准电压UREF及求和运算放大器组成。
U REF 3 4 (2 D3 2 2 D2 21 D1 20 D0 ) 2 U REF 4 D4 2
U REF uo n D n 2
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倒T型DAC电路只采用两种电阻，故在集成电路制造中 广泛应用，是目前D/A转换器速度较快的一种。采用倒T形 电阻网络的单片集成D/A转换器CB7520的电路原理图。输 入为10位二进制数，采用CMOS电路构成的模拟开关。
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倒T型电阻网络D/A转换器
电路由倒T型电阻网络、模拟开关和运算放大器组成。倒 T型电阻网络由R、2R两种阻值的电阻构成。
LSB D0 D1 D2 MSB D3 R
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S0 2R 2R S1 2R I/16 R I/8 R S2 2R I/4 R S3 2R I/2 I UREF
在过程控制和信息处理中经常遇到大量的连续变化的物 理量，如话音、温度、压力、流量等，它们的值随时间连续 变化。处理这些信号时，首先需要传感器将这些物理量转换 为连续变化的电压或电流信号，再经模拟 — 数字转换电路 （ A/D）转换为数字量，送入计算机或数字控制电路进行处 理。处理的结果又需要经过数字 —模拟（ D/A）转换变成电 压、电流等模拟量实现自动控制。图示为一个典型的数字控 制系统框图。
LSB D0 D1 D2
MSB D3
R
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S0 2R 2R S1 2R I/16 R I/8 R S2 2R I/4 R S3 2R I/2 I UREF
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u o R( I 3 D3 I 2 D2 I1 D1 I 0 D0 )
n位的权电阻D/A转 RU REF 1 1 1 1 ( D3 D2 D1 D0 ) 换器，其输出电压为： R 2 4 8 16 与权电阻网络结论相同。