《转换和DA转换》PPT课件

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1、1第第9章章 A/D转换与转换与D/A转换转换 本章课时：本章课时：5学时学时第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换2目目 录录9.1 概述概述 9.2 D/A转换转换 9.3 A/D转换器转换器 9.4 D/A转换器和转换器和A/D转换器的综合应用转换器的综合应用 9.5 用用Mulitisim 2001分析分析D/A转换器转换器 第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换3作作 业业9-19-29-39-49-69-11第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换49.1 概述概述模拟信号模拟信号：在在时间和数和数值上都是上都是连续的

2、，即的，即对应于任意于任意时间均有确定的均有确定的电流或流或电压值，并且，并且其幅其幅值是是连续的，如正弦波信号就是典型的模的，如正弦波信号就是典型的模拟信号信号，温度、压力和声音等。温度、压力和声音等。数字信号数字信号：在在时间和数和数值上是离散的，或者上是离散的，或者说是不是不连续的的。数字系。数字系统中信号的存中信号的存储方式都采方式都采用数字形式。用数字形式。9.1 概述概述通常需要将通常需要将模拟信号转换为数字信号模拟信号转换为数字信号，以送到，以送到数字系统加工处理；数字系统加工处理；经过处理得到的经过处理得到的数字信号也经常再被转换成模数字信号也经常再被转换成模拟信号拟信号，送回

3、物理系统，对系统物理量进行调，送回物理系统，对系统物理量进行调节和控制。节和控制。第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换5第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换6数字数字-模拟接口电路中的模拟接口电路中的基本概念基本概念模模/数转换（数转换（ADC ）：模拟信号到数字信号的转换：模拟信号到数字信号的转换 模模/数转换器数转换器 （ADC）：完成模：完成模/数转换功能的电路数转换功能的电路 数数/模转换模转换 （DAC）：数字信号到模拟信号的转换：数字信号到模拟信号的转换 数数/模转换器模转换器 （DAC）：完成数：完成数/模转换功能的电路模转换功能的

4、电路 第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换79.2 D/A转换转换D/A转换转换可以将输入的一个可以将输入的一个n位的二进制数转换位的二进制数转换成与之成比例的模拟量（电压或电流）。成与之成比例的模拟量（电压或电流）。 D/A转换器通常：由译码网络、模拟开关、集成转换器通常：由译码网络、模拟开关、集成运放和基准电压等部分组成运放和基准电压等部分组成 。第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换8根据译码网络的不同，根据译码网络的不同，D/A转换器分为转换器分为权电阻网权电阻网络型、络型、T形电阻网络型、形电阻网络型、倒倒T形电阻网络型形电阻网络型和权和

5、权电流型电流型等。等。 下面以倒下面以倒T形电阻网络型为例介绍形电阻网络型为例介绍D/A转换器的转换器的工作原理。工作原理。 第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换99.2.1 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器 1. 电路的组成电路的组成 它由它由R-2R构成的构成的倒倒T形电阻网络形电阻网络、模拟开关模拟开关Si（i=0 3）、）、集成运放集成运放A和和基准电压基准电压VREF组成组成 4位倒位倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换102. 模拟开关模拟开关 模拟开关又称为模拟电子开关。模拟开关

6、又称为模拟电子开关。在在D/A转换器中使用的模拟开关受输入数字信号转换器中使用的模拟开关受输入数字信号的控制。的控制。模拟开关分为模拟开关分为CMOS型和双极型两类。型和双极型两类。 CMOS型模拟开关转换速度较低，转换时间较型模拟开关转换速度较低，转换时间较长，但其功耗低长，但其功耗低 。第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换115G7520D/A转换器采用的转换器采用的CMOS型模拟开关型模拟开关 当当di输入端为高电平时，输入端为高电平时，VP3、VN4组成的反相器组成的反相器输出高电平，输出高电平，VP4、VN5组成的反相器输出低电平，组成的反相器输出低电平，从而

7、使得从而使得VN1截止，截止，VN2导通，电流流入导通，电流流入IOUT2。当当di为低电平时，电流流入为低电平时，电流流入IOUT1 。1010011第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换123. 集成运算放大器集成运算放大器集成运放的逻辑符号、简化的集成运放低频等集成运放的逻辑符号、简化的集成运放低频等效电路及其电压传输特性效电路及其电压传输特性 理想集成运放的主要参数为：理想集成运放的主要参数为：1）开环增益为无）开环增益为无穷大，穷大，Aod= ；2）输入电阻无穷大，）输入电阻无穷大，Rid= ；3）输出电阻为零，）输出电阻为零，Ro=0。第第9 9章章 A/DA

8、/D转换与转换与D/AD/A转换转换13引入负反馈时，集成运放工作在线性工作区。引入负反馈时，集成运放工作在线性工作区。此时输出电压与输入电压成线性关系。此时输出电压与输入电压成线性关系。线性区：净输入电压近似为零，称为线性区：净输入电压近似为零，称为“虚短虚短”；净输入电流也近似为零，称为净输入电流也近似为零，称为“虚断虚断”。 XX第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换144. 倒倒T形形D/A转换器的工作原理转换器的工作原理 输入输入d3d2d1d0=1000时的等效电路时的等效电路 从虚线从虚线AA、BB、CC、DD处向左看进去的等效处向左看进去的等效电阻均为电阻

9、均为R II/2第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换15流向虚地点的总电流流向虚地点的总电流 虚地点虚地点第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换16输出电压输出电压:n位倒位倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器输出电压转换器输出电压:第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换17第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换179.2.2 集成集成D/A转换器转换器5G75205G7520D/A转换器：转换器：n=10位倒位倒T形电阻网络反馈形电阻网络反馈电阻电阻R（10k ，Rf内内）已集成在芯片内部）已集成在芯片

10、内部 第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换185G7520的应用的应用 反馈电阻反馈电阻Rf与电阻与电阻R的关系为：的关系为：Rf=mR 输出电压输出电压 第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换19当采用内部集成的反馈电阻时，当采用内部集成的反馈电阻时，Rf=Rf内内，即，即m=1，则有：，则有：第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换20例例9-1：下图中反馈电阻：下图中反馈电阻Rf=100k 。试计算当输入从全试计算当输入从全0变为全变为全1时电压放大倍数的时电压放大倍数的变化范围是多少？变化范围是多少？ 输出电压输出电压

11、所以所以 则可得则可得 当输入从全当输入从全0变为全变为全1时时放大倍数的变化范围为放大倍数的变化范围为0 -9.99 第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换219.2.3 D/A转换器的主要技术参数转换器的主要技术参数 分辨率分辨率：D/A转换器所能分辨的最小输出电压转换器所能分辨的最小输出电压VLSB与满刻度输出电压与满刻度输出电压Vm（当输入的数字代码（当输入的数字代码各位均为各位均为1时输出的电压值）之比。时输出的电压值）之比。VLSB也就是当输入的数字代码最低位为也就是当输入的数字代码最低位为1，其余，其余各位为各位为0时对应的输出电压值，也被称为时对应的输出电

12、压值，也被称为输出电输出电压增量。压增量。第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换22当当Vm一定时，输入数字代码的位数一定时，输入数字代码的位数n越多，分辨越多，分辨率数值越小，分辨能力越高。率数值越小，分辨能力越高。 10位位D/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为8位位D/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为 第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换23分辨率也经常直接用输入数字代码的位数分辨率也经常直接用输入数字代码的位数n来表来表示。示。如果已知一个如果已知一个D/A转换器的分辨率及满刻度输出转换器的分辨率及满刻度输出电压电压Vm，则可计算出输入最

13、低位所对应的最小，则可计算出输入最低位所对应的最小输入电压输入电压VLSB，即，即输出电压增量输出电压增量。例如：当例如：当Vm=10V，n=10时时第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换24转换精度转换精度 ：指输出电压或电流的实际值与理论指输出电压或电流的实际值与理论值之间的误差。值之间的误差。一般来说，转换精度应低于一般来说，转换精度应低于VLSB/2。转换精度的影响因素主要有模拟开关导通的压转换精度的影响因素主要有模拟开关导通的压降、电阻网络阻值差、参考电压偏差和集成运降、电阻网络阻值差、参考电压偏差和集成运放漂移等。放漂移等。 第第9 9章章 A/DA/D转换与

14、转换与D/AD/A转换转换25线性度线性度 :通常用非线性误差的大小表示通常用非线性误差的大小表示D/A转换转换器的线性度。把偏离理想的输入输出特性的器的线性度。把偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。误差。 第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换26转换时间转换时间：当输入数字代码变化时，输出模拟：当输入数字代码变化时，输出模拟电压或电流达到稳定输出所需的时间，即为建电压或电流达到稳定输出所需的时间，即为建立时间或稳定时间，该参数一般由手册给出。立时间或稳定时间，该参数一般由手册给出。当转换器的输入

15、由全为当转换器的输入由全为0变化为全为变化为全为1或反向变或反向变化时，其输出达到稳定值所需的时间为最大转化时，其输出达到稳定值所需的时间为最大转换时间。换时间。 第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换27常用常用D/A转换器及其参数转换器及其参数 产品型号产品型号工作电压工作电压/V位数位数/bit建立时间建立时间/ s输出输出接口接口方式方式基准基准功耗功耗/mWDAC5573IPW2.7 5.588电压电压I2C外部提外部提供供500TLC5620CD5810电压电压串行串行外部提外部提供供8TLC7524CN5 1580.1电流电流并行并行外部外部5TLV5623

16、ID2.75.583电压电压SPI外部外部2.1DAC900U3/5100.030电流电流并口并口内部内部/外外部部170DAC7731EC15165电压电压串行串行内部内部100DAC1220E52010000电压电压SPI外部外部2.5第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换289.3 A/D转换器转换器A/D转换转换可以将输入的模拟量（电压或电流）转可以将输入的模拟量（电压或电流）转换为与之成比例的二进制代码。换为与之成比例的二进制代码。 A/D转换一般要经过转换一般要经过采样、保持、量化及编码采样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，有些过程可以进行合个过程。在实际电路中，有些过程可以进行合并，如采样和保持、量化和编码在转换中一般并，如采样和保持、量化和编码在转换中一般同时实现。同时实现。 第第9 9章章 A/DA/D转换与转换与D/AD/A转换转换299.3.1 A/D转换的一般步骤转换的一般步骤 采样采样：把一段时间内连续变化的信号变换为对：把一段时间内连续变化的信号变换为对时间离散的信号时间离散的信号 。为了使采样输出信号能不失真地代表输入的模为了