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§5-4 数 / 模转换电路 (DAC)

§5-4 数 / 模转换电路 (DAC). 学习要点： D/A 转换电路原理 倒 T 型电阻网络 D/A. 数模转换电路. 5-4-1 转换器的基本原理. 5-4-2 权电阻网络 D/A 转换器. 5-4-3 T 型电阻网络 D/A 转换器. 5-4-4 D/A 转换器的主要参数. 退出. 非电 模拟量. 传感器. 模拟 电信号. 数字 电信号. 数字 电信号. 模拟 电信号. 计算机. 执行 机构. ADC. DAC. D/A—— 数字信号 → 模拟信号转换，称“数 - 模 (D/A) 转换”

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§5-4 数 / 模转换电路 (DAC)

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Presentation Transcript

  1. §5-4 数/模转换电路(DAC) • 学习要点： • D/A转换电路原理 • 倒T型电阻网络D/A

  2. 数模转换电路 5-4-1 转换器的基本原理 5-4-2 权电阻网络D/A转换器 5-4-3 T型电阻网络D/A转换器 5-4-4 D/A转换器的主要参数 退出

  3. 非电 模拟量 传感器 模拟 电信号 数字 电信号 数字 电信号 模拟 电信号 计算机 执行 机构 ADC DAC D/A——数字信号→模拟信号转换，称“数-模(D/A)转换” DAC： 能够完成这种转换的电路 。 A/D——模拟信号→数字信号转换，称“模-数(A/D)转换” ADC：能够完成这种转换的电路。 DAC和ADC是沟通模拟和数字电路的桥梁，也称为接口电路。 模拟信号与数字信号之间的转换过程，如图所示。 5-4-1 D/A转换器的基本原理 要把数字量转换为模拟量，必须将每一位代码按其权的大小转 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加。

  4. D/A转换器的结构示意图和转换特性 (a)示意图 (b)n=3转换特性 uo (V) D0 uo或ui D1 7 输入 DAC 6 … 输出 D n－1 5 4 3 2 (a) 1 0 000 001 010 011 100 101 110 111 D (b) D/A转换器的结构如图所示，图中D0～Dn－1是输入的n位二进制 数（如取 n=3） 输出模拟电压为： uo = ku（Dn－1·2n－1 + Dn－2·2n－2 + … + D1·21 + D0·2 0）

  5. IREF +VREF I3 I2 I1 I0 4R R 2R 8R iF RF S3 S0 S1 S2 i ∞ － uo + + D2 D1 D3 D0 D/A转换电路分两种——1）权电阻网络型 2）倒T型电阻网络型。 5-4-2 权电阻网络D/A转换器 其中：D3D2D1D0——为输入4位二进制数。

  6. 电路由四部分组成： （1）参考（基准）电压VREF ——要求精度高，稳定性好。 （2）电子模拟开关S0、S1、S2、S3 —— Di = 1→ Si接通反相端→Ii流入放大器； Di= 0→ Si接地→Ii流入地。 （3）权电阻R、2R、4R、8R —— 其值与对应的位权成反比，则流过权电阻的电流 与对应的位权成正比。 （4）求和放大器——将各权电阻支路电流在运放中相加，并通 过RF在输出端得到与输入数字信号成正比 的模拟电压。 总电流i为： i = I3 + I2 + I1 + I0

  7. 输出电压为： （取RF = R/2） 例如：当D3D2D1D0 = 0000时→uo = 0； 当D3D2D1D0 = 0001时→uo = －VREF /16， 称：最小输出电压（uomin或uLSB) 当D3D2D1D0=1111时→uo = －15VREF /16， 称：最大输出电压或满刻度电压（uomax或uFSR) 推广：输入n位二进制数： 权电阻网络D/A转换器的特点： 1）优点——结构简单，适用于各种有权码。 2）缺点——电阻值范围太宽。如n=8时，若R=10kΩ，最小 电阻为5kΩ，最大电阻为27×10kΩ= 1.28MΩ， 要保证每个电阻都有很高的精度非常困难，因此 在集成D/A转换器中很少使用。

  8. A D B C IREF I/3 I/2 I/1 I/0 R R R +VREF I3 I2 I1 I0 2R 2R 2R 2R 2R iF RF S3 S2 S1 S0 i ∞ － + uo + D3 D2 D1 D0 5-4-3 T型电阻网络D/A转换器 电路由四部分组成： （1）基准电压VREF； （2）电子模拟开关S0、S1、S2、S3（同前） （3）R—2R电阻解码网络；（4）求和放大器。

  9. 流入运放的电流为 i = I0D0 + I1D1 + I2D2 + I3D3 运放输出的模拟电压为 uo 推广：若输入n位二进制数 uo

  10. 例5.5.1 某倒T型电阻网络D/A转换器的基准电压VREF =10V，RF = R 分别求出4位和8位D/A转换器的最小（最低位为1，其他为0） 输出电压uomin和最大（各位全为1）输出电压uomax。 解：4位D/A转换器的最小输出电压为： 8位D/A转换器的最小输出电压为： 4位D/A转换器的最大输出电压为： 8位D/A转换器的最大输出电压为：

  11. 5-4-4 D/A转换器的主要参数 1．分辨率——指产生的最小输出电压与最大输出电压（满刻度 输出电压）的比值 （位数越多，能分辨的最小输出电压变化量就小） 2．转换精度——指输出模拟电压的实际值与理想值之差。通常 要求误差小于ULSB/2。 3．输出建立时间——从输入数字信号起至输出达到稳定值时所 需要的时间。它反映D/A转换器的工作速 度。一般不超过1μs。

  12. 课后小结——见黑板 复习与提问：时序电路的分析方法 思考题 1．权电阻网络D/A转换器实现D/A转换的原理是什么？ 2．倒T型D/A转换器实现D/A转换的原理是什么？ 3．D/A转换器的位数有什么意义？它与分辨率、转换精度有 什么关系？ 作业题：P71 5-18、19、20 预习：模数转换电路

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