DA转换器概述

9.1.2 倒T形电阻网络D/A转换器
1、4位倒T形电阻网络D/A转换器
输入4位二进制数 模拟电子开关
(LSB) D0 D1 D2 (MSB) D3 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
电子技术基础（数字部分）第九章
9 模数与数模转换器
Analog Digital Converter and Digital Analog Converter
9.1 D/A转换器
9.2 A/D转换器
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电子技术基础（数字部分）第九章
电子技术基础（数字部分）第九章
Rf (LSB) D0 D1 D2 (MSB) D3 i – A + S0 2R 2R I 16 R I 16 I 8 2R S1 I 8 R I 4 2R S2 I 4 R +VREF I 2 I 2R S3 I 2
O
流入运放的总电流： i ＝ I0 + I1 + I2 + I3
实际的权电流D/A转换器电路
(MSB) D3 Rf D2 D1 (LSB) D0 i – A1
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
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电子技术基础（数字部分）第九章
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电子技术基础（数字部分）第九章
9.1 D/A转换器
9.1.1 D/A转换的基本原理 9.1.2 倒T形电阻网络D/A转换器
输出模拟电压： R V i R ( D 2 ) R 2 V R ( D 2 ) 2 R
3 f REF 4 i O

V D D D D ( ) R 2 2 2 2
REF 0 1 2 3 4 3 2 1

f
REF n
f
O

i 0
i
n1
i
i 0
VREF Rf n 1 i O n ( Di 2 ) 2 R i0
VREF Rf 令： K n , 2 R O = – K NB 则
N B ( Di 2i )
i 0
n 1
பைடு நூலகம்
在电路中输入的每一个二进制数NB，均能得到与之成正比的 模拟电压输出。
电子技术基础（数字部分）第九章
9.1.3 权电流D/A转换器
1. 4位权电流D/A转换器
(LSB) D0 D1 D2 (MSB) D3 Rf i
–
O
+ S0
I 16
S1
I 8
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。
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电子技术基础（数字部分）第九章
9.1.4 D/A转换器的输出方式
8位D/A转换器在单极性输出时的输入/输出关系 数字量 MSB LSB 模拟量
IΣ1 IΣ2
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电子技术基础（数字部分）第九章
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
电子技术基础（数字部分）第九章
(LSB) D0
D1
D2
(MSB) D3
Rf i
–
O
+ S0
I 16
S1
I 8
S2
I 4
S3
I 2
I I I I i R R ( D D D D ) 2 4 8 16
O

f
f
3
2
1
0
–VREF

I R (D 2 D 2 D 2 D 2 ) 2
(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；
(4)为实现电流从高位到低位按2的整数倍递减，模拟开关 的导通电阻也相应地按2的整数倍递增。 为进一步提高D/A转换器的精度，可采用权电流型D/A转换器。
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将权电流相 加产生与输入 成正比的模拟 电压
DAC的数字数据可以并行输入也可串行输入
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电子技术基础（数字部分）第九章
③ 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
i

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电子技术基础（数字部分）第九章
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：
T1 IE2
T0 IE1
TC IEO
–
+
R
2R
2R R R
2R
2R R
2R
偏 置 电 流
电压恒定
–VEE
O i R f
R f VREF 24 R1
( D3 23 D2 22 D1 21 D0 20 )
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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
8V REF D3 i3 R
数字量输入
v O Rf ( i 3 i 2 i 1 i 0 )
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3、CMOS开关电路
V+
接2R电阻 T2 T3 T5 T7
T1，T4，T6，T8，T9 为N沟道MOS管，T2， T3，T5，T7为P沟道 Di MOS管。
u1
T1
u2
T4
u3
T6 T8 T9
T1与T2，T4与T5，T6与T7构成CMOS反相器。 T1与T2，T4与T5，T6与T7构成CMOS反相器。 当输入端Di为高电平时：u1为低→u2为高→T9导通 ↓ u3为低 →T8截止 当输入端Di为低电平时：u1为高→u2为低→T9截止 ↓ u3为高 →T8导通
9.1.3 权电流D/A转换器
9.1.4 D/A转换器的输出方式 9.1.5 D/A转换器的技术指标
9.1.6 D/A转换器的应用
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电子技术基础（数字部分）第九章
9.1 D/A转换器
1. 概述
1、数 / 模转换器:
D/A 转 换 器
按解码网络 结构分类
倒T形电阻网络DAC 权电流DAC 权电阻网络DAC
按模拟电子开 关电路分类 双极型开关型DAC
CMOS开关型DAC
电流开关型DAC ECL电流开关型DAC
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电子技术基础（数字部分）第九章
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电子技术基础（数字部分）第九章
② D/A转换器的组成:
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
产生权电流
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
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9.1.1 D/A转换的基本原理
① 实现D/A转换的基本思想
将二进制数ND＝(11001)B转换为十进制数。 ND＝b4×24＋b3×23＋b2×22＋b1×21＋b0×20 ＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20 数字量是用代码按数位组合而成的， 对于有权码，每位 代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换 成相应的模拟量， 然后，将这些模拟量相加，即可得到与数 字量成正比的模拟量， 从而实现数字量--模拟量的转换。
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2.集成D/A转换器 AD7533D/A转换器
D0 AD7520 D1 D2 D7
10位CMOS电流开关型D/A转换器
D8 D9 10K R RF IOUT1 IOUT2
– +
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。
I3= VREF / 2R
I2= VREF / 4R
I1= VREF / 8R I0= VREF /16 R
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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 i O 10 ( Di 2 ) 2 R i 0
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电子技术基础（数字部分）第九章
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。
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电子技术基础（数字部分）第九章
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
3 2 1 0 4 f 3 2 1 0
3 I 4 Rf Di 2i 2 i 0
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。
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电子技术基础（数字部分）第九章
教学基本要求
1、掌握倒T形电阻网络D/A转换器(DAC)、集成D/A转
换器的工作原理及相关计算。
2、掌握并行比较、逐次比较、双积分A/D转换器(ADC) 的工作原理及其特点。 3、正确理解D/A、A/D转换器的主要参数。
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v O V REF ( D 3 2 3 D 2 2 2 D1 2 1 D 0 2 0 ) V REF D i 2 i
i 0 3
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电子技术基础（数字部分）第九章
④ D/A转换器的分类: T型电阻网络DAC
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