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1、2011年11月Bai Tianrui 考试安排考试安排 考试：考试： 时间：2011-12-28星期三下午 地点： X1227 答疑：答疑： 时间： 2011-12-28上午（暂定） 地点：X6404 2011年11月Bai Tianrui 第第9章 章 A/D和和D/A转换器转换器 D/A转换 D/A转换电路原理 D/A转换电路 D/A转换器的输出方式 D/A转换器主要指标 集成D/A转换器应用 A/D转换 A/D转换电路原理 A/D转换电路 集成A/D转换器应用 2011年11月Bai Tianrui 教学基本要求教学基本要求 掌握倒T形电阻网络D/A转换器(DAC)、集成D/A转 换器
2、的工作原理及相关计算 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 正确理解D/A、A/D转换器的主要参数 2011年11月Bai Tianrui 工业生产过程控制工业生产过程控制 A/D 转换器 A/D 转换器 D/A 转换器 D/A 转换器 模拟模拟 控制器控制器 工业生产过程控制对象工业生产过程控制对象 模拟 传感器 模拟 传感器 ADC和和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。 将温度、压力、流将温度、压力、流 量、应力等物理量量、应力等物理量 转换为模拟电量。转换为模拟电量。 计算机进行数字处计算机进行数字处 理
3、（如计算、滤理（如计算、滤 波）、保存等波）、保存等 用模拟量作为用模拟量作为 控制信号控制信号 数字控制数字控制 计算机计算机 2011年11月Bai Tianrui 9.1 D/A转换转换 D/A转换电路原理 D/A转换电路 D/A转换器的输出方式 D/A转换器主要指标 集成D/A转换器应用 2011年11月Bai Tianrui 9.1.1 D/A转换电路原理转换电路原理 D0 . . Dn-1 vo DAC的输出电压vo对于输入数据D=Dn-1 .D0有： K是转换系数DKvo DAC 数字 并行 输入 模拟 电压 输出 D=Dn-1 .D0 2011年11月Bai Tianrui D
4、/A转换电路构成转换电路构成 数码 寄存器 数码 寄存器 n n位模 拟开关 位模 拟开关 解码 网络 解码 网络 求和 电路 求和 电路 基准电压 基准电压 n n位数字 量输入 位数字 量输入 模拟量 输出 模拟量 输出 DAC的数字数据可以并行输入也可串行输入的数字数据可以并行输入也可串行输入 由输入数字量 控制 由输入数字量 控制产生权电流产生权电流 将权电流相加 产生与输入成 正比的模拟电 压 将权电流相加 产生与输入成 正比的模拟电 压 用存放在数字用存放在数字 寄存器中的数寄存器中的数 字量的各位数字量的各位数 码码 2011年11月Bai Tianrui D/A转换的基本原理转
5、换的基本原理 实现D/A转换的基本思想: 将二进制数将二进制数ND(11001)B转换为十进制数的过程：转换为十进制数的过程： ND b4 24b3 23b2 22b1 21b0 20 124123022021120 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。 2011年11月Bai Tianrui 基本原理的实现基本原理的实现 i Rf=R vO S0 VREF + S1 S2 S3 + 基准电压基准电压 电子开关电子开关
6、 R R /2 R /4 R /8 求和电路求和电路 (LSB)D2 D3 (MSB D0D1 锁存器锁存器 数字量输入数字量输入 电阻网络电阻网络 i0 i1 I2 i2 i3 A 模拟量输出模拟量输出 )( 0123fO iiiiRv R DV i 3 3 REF 8 R DV i 2 2 4 REF R D2V R D2V 1REF 1 i R DV i 0REF 0 i i i O DV DDDDV 2 )2222( 3 0 0 0 1 1 2 2 3 3 REF REF v 权电阻网络DAC 2011年11月Bai Tianrui 按解码网络 结构分类 T型电阻网络DAC 倒T形电阻
7、网络DAC 权电流DAC 权电阻网络DAC 按模拟电子开 关电路分类 CMOS开关型DAC 双极型开关型DAC 电流开关型DAC ECL电流开关型 DAC D/A 转 换 器 D/A转换器的分类转换器的分类 2011年11月Bai Tianrui 9.1.2 D/A转换电路转换电路 倒T形电阻网络 权电流网络 2011年11月Bai Tianrui 1. 倒倒T形电阻网络形电阻网络DAC S0 S3：模拟开关。由Di控制Si。 Di =1， Si接运放反相端； Di =0， Si接运放同相端(接地 ) R2R：倒T型电阻解码网络 由于运放反相端虚地，所以2R电阻上的电流与开关位置无关。 运放A
8、、Rf ：电流求和与电流电压转换电路 AD7520（10位） DAC1212（10位） AK7546（16位） 基准电压基准电压 倒倒T形电阻网络 数据输入 形电阻网络 数据输入 模拟开关模拟开关 电流求和 电流电 压转换 电流求和 电流电 压转换 2011年11月Bai Tianrui 倒倒T形电阻网络形电阻网络 基准电源VREF 提供的总电流为：I =？ 流过各开关支路的电流：I3 =？I2 =？ I1 =？ I0 =？ 2R2R 2R2R 2R R RR VREF I A BCD A BCD R V I REF I/4 I/8 I/16 RRR R I/2I/4I/8I/16 I/2 I
9、3 I2 I1 I0 流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。 16842 I I I I I I I I 0123 2011年11月Bai Tianrui 倒倒T形电阻网络形电阻网络 流入运放的总电流：流入运放的总电流： i D0 I0 +D1 I1 +D2 I2 +D3 I3 ) 2222 ( 1 3 2 2 3 1 4 0REF DDDD R V 输出模拟电压：输出模拟电压： 1n 0 i i f n REF O )2( 2 i D R RV 3 0 i i 4 REFf fO )2( 2 i D V R R Ri (LSB) D2D3 (MSB) i Rf O D0 D1
10、S0S1S2S3 2R 2R 2R2R2R8 I 16 I 4 I 2 I RRR I +VREF + 8 I 16 I 4 I 2 I n 位倒位倒T形电阻网络形电阻网络DAC 2011年11月Bai Tianrui 集成集成D/A转换器转换器AD7520 AD7520是10位CMOS集成DAC，需外接 运算放大器才能构成完整的DAC。 采用倒T型网络的D/A转换器还有 DAC1212（10位）、AK7546（16位）等。 D2D7 O D0 D1 2R2R2R 2R RR D8D9 RR R 2R 2R2R + R IOUT1 IOUT2 VREF AD7520 RF10K 10K 20K
11、 2011年11月Bai Tianrui Di =1时，开关时，开关S Si i 接运 放的反相端; 接运 放的反相端; Di = 0时，开关时，开关S Si i 接地。接地。 (LSB) D2D3 (MSB) i Rf O D0D1 S0 S1S2 S3 8 I 16 I 4 I 2 I VREF + 4位权电流位权电流D/A转换器转换器 2. 权电流权电流DAC 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。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。 3 0
12、 if 4 0 0 1 1 2 2 3 3f 4 0123ffO 2 2 )2222( 2 ) 16842 ( i i DR I DDDDR I D I D I D I D I RRi 2011年11月Bai Tianrui REF32 O32 4 0 1 1 10 (222)2 2 f f R V i RDD R DD 电压恒定电压恒定 各各BJT的 发的 发射射 结电压相等结电压相等 基准电流产生电路基准电流产生电路 (MSB) D1 D0 (LSB) i Rf O D3 D2 S3S2S1S0 8 I 16 I 4 I 2 I VREF + A1 R1 + A2 IBB IECIEOIE
13、1IE2IE3 IREF Tr T3T2T1T0TC R2R2R2R 2R2R RRR VEE I = IREF = 1 R REF V 偏偏 置置 电电 流流 16 I + + + + - - 实际的权电流实际的权电流DAC电路电路 2011年11月Bai Tianrui 9.1.3 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 256 255 REF V 256 129 REF V 256 128 REF V 256 127 REF V 256 1 REF V 256 0 REF V 8位位D/A转换器在单极性输出时的输入转换器在单极性输出时的输入/输出关系输出关系 00000000 10000
14、000 11111110 00000001 10000001 11111111 模拟量 数字量 模拟量 数字量 MSB LSB 2011年11月Bai Tianrui 单极性输出电路单极性输出电路 单 极 性 输 出 反相输出 同相输出 2011年11月Bai Tianrui 常用双极性编码 十进 制数 2 的补码模拟量0 D7D6D5D4D3D2D1D0 12701111111(VREF /256)*127 12601111110(VREF /256)* 126 100000001(VREF /256) 0000000000 1011111111- (VREF /256)* -1261000
15、0010- (VREF /256)* 126 -12710000001- (VREF /256)* 127 -12810000000- (VREF /256)* 128 2011年11月Bai Tianrui 双极性输出电路 双极性输出： NB 是补码，最 高位取反后送 入D/A转换器。 22 - 8 1 REF B REF V N V v B REF REFREF B REFREF o N V VV N VV vv 8 8 1 2 2 ) 22 ( 2 - 2011年11月Bai Tianrui 9.1.4 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 1. 分辨率1. 分辨率：分辨率表示D/A转换器理论上可达到的精度。用于 表征D/A转换器对
