ad_da转换原理.ppt
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1、第十章第十章 数数/模模、模模/数数 变换器变换器10.1 概述概述10.2 数数/模转换器模转换器10.3 模模/数转换器数转换器 10.1 概述概述计计算算机机模模拟拟信信号号模模拟拟信信号号A/DD/AA/D:Analog to DigitalD/A:Digital to Analog 10.2 数数/模模 转换器转换器(DAC)10.2.3 T型电阻网络型型电阻网络型 10.2.1 权电阻网络型权电阻网络型 10.2.2 权电流型权电流型 10.2.4 D/A变换器的主要技术指标变换器的主要技术指标10.2.5 集成集成 DAC 0832及其应用及其应用10.2.1 权电阻网络型权电阻
2、网络型 D/A 转换器转换器 :VREF+-uoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)S0S1S2S3D3D2D1D0S0S1S2S3所谓所谓“权电阻权电阻”,是指电阻值是指电阻值的大小,的大小,与有与有关关数字量数字量的的权权重密切相关。重密切相关。10.2.1 权电阻网络型权电阻网络型 D/A 转换器转换器 :VREF+-uoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)S0S1S2S3D3D2D1D0S0S1S2S3电子开关电子开关:Dn=1 时,时,Sn 接接VREF;Dn=0 时,时,Sn 接地端接地
3、端。T2 管饱管饱和和导通导通,T1T2SDa模拟电子开关模拟电子开关的的简化原理电路简化原理电路 当当 D=1 时,时,1T2Sa0T1S S 点与点与 a 点相通点相通,T1 管管截止截止,而而 a 点在电路中和点在电路中和VREF连连。T2 管管截截止止,T1T2SDa模拟电子开关模拟电子开关的的简化原理电路简化原理电路 当当 D=0 时,时,0T2Sa T1 管饱和管饱和导通导通,1T1SS 点与地相通点与地相通。VREF+-uoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)23R22R21R20RVREFI1=2I0 I2=4I0I3=8I0当当
4、 D3D2D1D0=1111时时:S0S1S2S3D3D2D1D0(LSB)(MSB)I=I0+I1+I2+I3最低位最低位最高位最高位I0=VREF23 R参考参考电压电压VREF+-uoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)I=I0+I1+I2+I3=VREF23R(D3 23+D2 22+D1 21+D0 20)VREF+-uoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)uo=-IR/2 VREF24=-(8 D3 +4 D2 +2 D1 +D0 )10.2.2 权电流网络型权电流网络型 D/A 转换器
5、转换器 :+-uoR-VREFI/16I/8I/4I/2S0S1S2S3iID0D1D2D3uo I R24(8 D3 +4 D2 +2 D1 +D0 )=每个支路每个支路电流的大小,电流的大小,与有关数字量与有关数字量的权重密切相的权重密切相关。关。10.2.3 T形解码网络形解码网络D/A转换器转换器(以以4位为例位为例)+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0IABCD通过详细的推导分析,通过详细的推导分析,即可获得模拟输出电压即可获得模拟输出电压 uo 与数与数字量以及电路中其它参数的关系。字量以及电路中其它
6、参数的关系。I=I3 +I2 +I1 +I0UR2R=D3UR16RD0UR8RD1UR4RD2+=UR16R(8D3 +4D2 +2D1 +1D0)=UR RF16R(8D3 +4D2 +2D1 +1D0)uo-+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0IABCD URRRR2R2R2R2R+-AuoS2S3S1S0RFI2RI/8I/4I/2iII 16I 16D0D1D2D3倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器10.2.4 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标一、一、分辨率分辨率 用输入数字量的
7、用输入数字量的有效位数有效位数来表示分辨率。来表示分辨率。此外,此外,也可以用也可以用D/A转换器能够分辨出来转换器能够分辨出来的的最小输出电压最小输出电压 (此时输入的数字代码只有最此时输入的数字代码只有最低有效位为低有效位为 1,其余各位都是,其余各位都是 0)与与最大输出最大输出电压电压 (此时输入的数字代码所有各位全是此时输入的数字代码所有各位全是 1)之比之比来给出分辨率来给出分辨率。例如,例如,对一个十位对一个十位D/A转换器来说转换器来说,210 1110231 0.001 二、二、转换误差转换误差7.2.4 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 转换误差通常用输出电压
8、满刻刻度转换误差通常用输出电压满刻刻度FSR(Full Scale Range)的百分数表示的百分数表示。例如例如,给出转换误差为给出转换误差为 LSB,21 这就表示输出模拟这就表示输出模拟 电压的绝对误差等于输入数字代码为电压的绝对误差等于输入数字代码为 0001 时时输出电压的一半输出电压的一半。造成转换误差的造成转换误差的原因原因主要有主要有:参考电压参考电压 VREF的波动的波动;运算放大器的零点漂移运算放大器的零点漂移;模拟开关的导通内阻和导通电压模拟开关的导通内阻和导通电压;电阻网络中的电阻值偏差电阻网络中的电阻值偏差;.10.2.4 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指
9、标三、三、D/A转换器的转换器的转换速度转换速度 为了便于定量地描述为了便于定量地描述D/A转换器的转换转换器的转换 速度速度,定义了定义了建立时间建立时间 tS 和和转换速率转换速率 SR两两 个参数个参数。1.建立时间建立时间 tS 通常以大信号工作情况下通常以大信号工作情况下 (输入输入由全由全 0 变为全变为全 1 或者由全或者由全 1 变为变为 全全 0)输出电压到达某一规定值所需要的时输出电压到达某一规定值所需要的时 间定为建立时间间定为建立时间 tS。建立时间最短的可达建立时间最短的可达 0.1 s。这个参数的值越小越好这个参数的值越小越好。10.2.4 D/A转换器的主要技术指
10、标转换器的主要技术指标三、三、D/A转换器的转换器的转换速度转换速度2.转换速率转换速率 SR 转换速率转换速率 SR 以大信号工作状态下以大信号工作状态下 输出模拟电压的变化率表示输出模拟电压的变化率表示。D/A转换器完成一次转换所需要的转换器完成一次转换所需要的 时间应包括建立时间和上升时间应包括建立时间和上升(或下降或下降)时时 间两部分间两部分,它的最大值为它的最大值为TTR(max)=tS+VO(max)/SR其中其中 VO(max)为输出电压的最大值为输出电压的最大值。10.2.5 集成集成 DAC 0832及其应用及其应用 D/A转换器集成电路有多种型号。转换器集成电路有多种型号
11、。下面仅以下面仅以DAC0832为例来介绍集成电为例来介绍集成电路路 D/A 变换器。变换器。它是八位的它是八位的 D/A 转换器,即在转换器,即在对其输入八位数字量后,通过外接对其输入八位数字量后,通过外接的运算放大器,可以获得相应的模的运算放大器,可以获得相应的模拟电压值。拟电压值。下图是它的封装下图是它的封装管脚图管脚图和和内部内部电路图电路图:CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRfbDGNDLCEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC 0832 管脚分布图管脚分布图八位八位寄存器寄存器(1)输入输
12、入八位八位寄存器寄存器(2)DAC八位八位变换器变换器URRIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERA/DD7D0.11ADC 0832 简化电路框图简化电路框图八位八位变换器变换器A/DRf BIout1Iout2AGNDDGNDURD7D0.八位八位寄存器寄存器(1)输入输入寄存器寄存器八位八位(2)DACCSWR1ILEXFERWR2VCCuo运放需运放需要外接要外接八位八位寄存器寄存器(1)输入输入八位八位寄存器寄存器(2)DAC八位八位变换器变换器URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERA/DD7D
13、0.11八位八位寄存器寄存器(1)输入输入寄存器寄存器八位八位(2)DACD7D0.输入数据先存放在寄存器输入数据先存放在寄存器(1)中,中,而输出的模拟值由存而输出的模拟值由存 放在寄存器放在寄存器(2)内的数据决内的数据决定。定。当把数据由输入寄存器当把数据由输入寄存器(1)转存到转存到DAC寄存器寄存器(2)以后,以后,输入寄存器输入寄存器(1)就可以接受新数据而不影就可以接受新数据而不影 响模拟输出值。响模拟输出值。该结构便于多路该结构便于多路DAC同时工作。同时工作。八位八位寄存器寄存器(1)输入输入八位八位寄存器寄存器(2)DAC八位八位变换器变换器URRfbIout1Iout2A
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