【正文】 vO D/A 轉(zhuǎn)換器 Dn2 Dn1 NB (iO) 2. 對 D/A的基本要求 :輸出模擬量與輸入數(shù)字量值成正比。 9 D/A轉(zhuǎn)換器、 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)及典型應(yīng)用。概述 D/A轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器 第九章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 Digital Analog Converter and Analog Digital Converter 第九章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 教學(xué)要求 T形電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 (DAC)、 集成D/A轉(zhuǎn)換器 7533的工作原理及相關(guān)計(jì)算。 D/A轉(zhuǎn)換、 A/D轉(zhuǎn)換的應(yīng)用 模 擬 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字控制 計(jì)算機(jī) D/A 轉(zhuǎn)換器 模擬 控制器 工業(yè)生產(chǎn)過程控制對象 ADC和 DAC已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的接口電路 。1 D/A轉(zhuǎn)換器（ DAC） NB是 n位二進(jìn)制代碼的輸入數(shù)字量。 001 010 011 100 101 110 D vo/V 0 654321 D0 D1 D2D3 D4D5 vO DAC 3. 4位 D/A轉(zhuǎn)換器的原理電路如圖 ： 圖 鎖存器 D0 D1 D2 D3 數(shù)字量輸入 或者懸空 電路由電子開關(guān)、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、求和電路、基準(zhǔn)電壓、鎖存器等組成。 ? ???? ????????? ???? 30413223140 222222 iiiREFREF DRVDDDDRvi由圖可得流入運(yùn)放的總電流 + Rf R R R 2R 2R 2R 2R 2R I/8 S0 S1 S2 S3 D0 (LSB) D1 D2 D3 I/2 I/4 I/16 I/2 I/4 I/8 I/16 v0 +VREF i∑ (MSB) I 分析電路可知，從每個節(jié)點(diǎn)向左看，每個二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻均為 R。 常用的 CMOS開關(guān)倒 T形電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器的集成電路有 AD7520（ 10位）、 AD7533（ 10位）及 AK7546（ 16位高精度）等。以保證各支路的電流按 2的整數(shù)倍遞減。 圖 AD7533內(nèi)部電路 2R + RF 2R D9 R R 2R 2R D7 D8 v0 +VREF R 10kΩ 20kΩ 10kΩ IOUT1 IOUT2 R 2R 2R 2R D0 D1 D2 R R S0 S9 S1 S2 S7 S8 圖 AD7533引腳圖 1 8 2 3 4 5 6 7 IOUT1 GND 16 9 15 14 13 12 11 10 RF IOUT2 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 V+ VREF T1~T3組成電平轉(zhuǎn)移電路 ,使輸入信號能與 TTL電平 兼容，即使 TTL的高電平提高以適應(yīng) CMOS的需要 。3 權(quán)電流型 D/A轉(zhuǎn)換器 由于 倒 T電形阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器存在模擬開關(guān)電壓降，會 產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差 ， 權(quán)電流型 D/A轉(zhuǎn)換器可以提高轉(zhuǎn)換精度。這樣，電路降低了對 BJT參數(shù)及 R、 2R取值的要求，對于集成化十分有利。4 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式 常用的 D/A轉(zhuǎn)換器 絕大部分是數(shù)字電流轉(zhuǎn)換器，輸出量是電流。 對 權(quán)電流 D/A轉(zhuǎn)換器，如果 R1=Rf ,則有 ? ??????1022niiinREFO DVV對 倒 T型電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器，如果 R=Rf ,則有 ? ???????1022niiinR E FO DVV177。 VREF（ 127/256） ︰ 177。雙極性 D/A轉(zhuǎn)換器常用的編碼有： 2的補(bǔ)碼、偏移二進(jìn)制碼及符號 數(shù)值碼（符號位加數(shù)值碼）等。2和表 9 若 D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量是 2的補(bǔ)碼，則先將它轉(zhuǎn)換為 偏移二進(jìn)制碼 ， 然后輸入到上述 D/A轉(zhuǎn)換電路中就可實(shí)現(xiàn)其雙極性輸出。1所以，實(shí)際應(yīng)用中， n位 D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸入數(shù)字量的位數(shù)來表示，也可以用級數(shù) 2n表示，還可以用分辨最小輸出電壓與最大輸出電壓之比表示，即 n位 D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為 121?n它表示 D/A轉(zhuǎn)換器在理論上可以達(dá)到的精度 。 轉(zhuǎn)換誤差有 比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差和非線性誤差。引起的誤差屬于比例系由101模擬開關(guān)處于不同的位置有不同的導(dǎo)通電壓和導(dǎo)通電阻，各電阻支路電阻誤差不同等都可能導(dǎo)致非線性誤差。 建立時間（ tset)： 輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時 ,輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定值 (達(dá)到誤差 177。一般用滿刻度時溫度升 1度 輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為 溫度系數(shù) 。電路如下。 圖 波形產(chǎn)生電路 （ a） 電路 （ b） 工作波形 前已分析，計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)為0000～ 1001。 A/D轉(zhuǎn)換器概述 ADC Dn~D0 輸出數(shù)字量 I?輸入模擬電壓 能將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量 。取樣與保持過程往往是通過采樣與保持電路同時完成的。 當(dāng) t=t1時刻，開關(guān) S斷開 ,進(jìn)入 t1到 t2的保持階段。 ■ 量化后的數(shù)值最后還須通過編碼過程用一個代碼表示 出來。 量化誤差 ： 量化過程中由于取樣電壓不一定能被 △整除而存在的量化前后的誤差。 量化過程的兩種近似量化方式 ： 只舍不入法（舍尾取整法）和四舍五入法。這種量化方式的最大誤差為△。這種量化方式的最大 誤差為 1/2△。 間接 A/D轉(zhuǎn)換器 ： 先將模擬信號轉(zhuǎn)換為某一中間量（時間或頻率），然后將中間量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度較慢，典型電路有雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器和電壓頻率轉(zhuǎn)換型 A/D轉(zhuǎn)換器。 n位轉(zhuǎn)換器需 ? 轉(zhuǎn)換速度最快。如不考慮各器件的延遲，可認(rèn)為三位數(shù)字量是與 ?I輸入時刻同時獲得的。 ?為了解決提高分辨率和增加元件數(shù)的矛盾，可以采取分級并行轉(zhuǎn)換的方法。 取 樣 保 持 電 路 5位 并行 比較 A/D 轉(zhuǎn)換 器 5位 D/A 轉(zhuǎn)換 器 + 5位 并行 比較 A/D 轉(zhuǎn)換 器 + 32?56789 DDDDD 01234DDDDDVREF vI 分級并行轉(zhuǎn)換 10位 A/D轉(zhuǎn)換器 10位本需 1023 個比較器，現(xiàn) 只需 62個。 稱重過程 逐次漸近寄存器清零 寄存器最高有效位置 1 DAC 比較器比較 Vo VI? 保留此位的 1 將此位的 1清除 寄存器次高有效位置 1 VO VI ADC邏輯控制電路 寄存器最低有效位置 1 …… yes no 1 2 3 n 最后寄存器 輸出數(shù)字量 按照 稱重思路，將輸入電壓與不同的參考電壓做多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量。 ?I 啟動脈沖 CP 時鐘 電壓 比較器 控制邏輯電路 移位寄位器 數(shù)據(jù)寄存器 模擬 量輸入 數(shù)字 量輸出 D /A 轉(zhuǎn)換器 ?O? VR E F D0 D1 Dn 2 Dn 1 1. 轉(zhuǎn)換原理詳解 1 0 0 … 0 1 0 0 … 0 2/REFV??I ≥VREF/2 1 ?I VREF/2 0 （ 1）啟動后第 1個 CP到來 設(shè) VREF＝－ 10V, VI= 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 比較結(jié)果（ 1或 0）送至數(shù)據(jù)寄存器的 D4~D1。2 CP + 5 V + 5 V Q5 QE QD QC QB QA S A B C D E F CP 移位寄存器 + 5 V ?C FF0 FF1 FF2 FF3 FF4 G2 1D C1 1D 1 D2 1 1 0 1 1 1 REFV15/15?1 D1 D2 D3 REFV15/13?D3 R E FV15/11? REFV15/9?D1 REFV15/7? REFV15/5? REFV15/3? REFV15/1?2. 4位 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器電路 小結(jié)： 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)越多轉(zhuǎn)換精度越高； 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需時間與其位數(shù) n和時鐘脈沖頻率有關(guān)，位數(shù)愈少，時鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換所需時間越短 ； 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 逐次比較型 A/D的特點(diǎn)： 分辨率較高，轉(zhuǎn)換誤差較低，轉(zhuǎn)換速度較快，應(yīng)用較為廣泛。 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器 ＜ ＜ ＜ ＜ + – + – + ?I? S1 S2 R FFn ?S1 – VRE F ?O ?C 1 FFn 1 1 Q1 Qn 1 Qn FF1 1 FF0 1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP C r Dn 1 D1 D0 amp。此階段稱為采樣階段 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器 T1=2nTC S (2) 第一次積分 ???? t dt0 IO 1 ??? 11 TV I ??? ?工作原理 ＜ ＜ ＜ ＜ FF n 1 FF n 1 1 Q 1 Q n 1 Q n FF 1 1 FF 0 1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP C r D n 1 D 1 D 0 amp。 時間間隔內(nèi)的平均值。積分時間為 T2 Qn O t vSI O t vo O t vC O t vG O t VREF T1 T2 T1 T2 VP t1 t2 +vI λ ② ① 圖 雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器各處工作波形 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器 nC2IR E F2 TTVV?優(yōu)點(diǎn)： RC無關(guān)，從而消除了積分非線性帶來的誤差。 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 一、 轉(zhuǎn)換精度 ： 單片集成 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述 。 轉(zhuǎn)換時間 是指 A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。025V（ 對應(yīng)于 0~450℃ 溫度范圍），需要分辨的溫度為 0 ?12位 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率為 1/2n=1/4096,所以必需選用 13位 A/D轉(zhuǎn)換器。 （或分辯級數(shù)＝ 4500） 9有三態(tài)特性。 片內(nèi)有 8通道模擬開關(guān)，可接入 8個模擬量輸入。 VREF(+)、 VREF(－ ) :分別為參考電壓的正負(fù)輸入 端，一般情況下，分別接 VCC、 GND。 EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。 (4)正確接地。 并行比較型轉(zhuǎn)換速度最快，雙積分型轉(zhuǎn)換精度最高。（ 2）若要求電路輸入數(shù)字量為 200H時輸出電壓 VO＝ 5V,試問 VREF應(yīng)取何值？ 圖 (2) 200H=512, 所以 根據(jù)上式變換得 VNVDVVBOiii