數(shù)字電子技術(shù)（第3版）課件 第31講 7.1 DA轉(zhuǎn)換

第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換7.1.3

DAC的主要技術(shù)參數(shù)7.1.1

D/A轉(zhuǎn)換基本原理7.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC7.1D/A轉(zhuǎn)換7.1.4

集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用返回結(jié)束放映2/11/20251復(fù)習(xí)555定時(shí)器的邏輯功能？555定時(shí)器為何能實(shí)現(xiàn)脈沖波形？電容在脈沖電路中扮演怎樣的角色？2/11/20252第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換

模擬量：溫度、濕度、壓力、流量、速度等。從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換（簡稱A/D轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的電路叫做A/D轉(zhuǎn)換器（簡稱ADC）；

從數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換（簡稱D/A轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器（簡稱DAC）。

2/11/20253第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換

典型數(shù)字控制系統(tǒng)框圖2/11/202547.1.1D/A轉(zhuǎn)換基本原理

數(shù)/模轉(zhuǎn)換就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與它成正比的模擬量。

返回7.1D/A轉(zhuǎn)換

數(shù)字量：(D3D2D1D0)2＝(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10(1101)2

＝(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10

模擬量：uo＝K(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10uo＝K(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10(K為比例系數(shù))2/11/20255

圖7-1

n位D/A轉(zhuǎn)換器方框圖

組成D/A轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思想：將數(shù)字量按權(quán)展開相加，即得到與數(shù)字量成正比的模擬量。

D/A轉(zhuǎn)換器的種類很多,主要有：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、

權(quán)電流DAC2/11/202567.1.2

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC1.電路組成電路由解碼網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、求和放大器和基準(zhǔn)電源組成。

圖7-2倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC原理圖

基準(zhǔn)參考電壓雙向模擬開關(guān)D＝1時(shí)接運(yùn)放D＝0時(shí)接地R－2R倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)求和集成運(yùn)算放大器返回2/11/202572.工作原理

由于集成運(yùn)算放大器的電流求和點(diǎn)Σ為虛地，所以每個(gè)2R電阻的上端都相當(dāng)于接地，從網(wǎng)絡(luò)的A、B、C點(diǎn)分別向右看的對(duì)地電阻都是2R。2/11/20258

因此流過四個(gè)2R電阻的電流分別為I/2、I/4、I/8、I/16。電流是流入地，還是流入運(yùn)算放大器，由輸入的數(shù)字量Di通過控制電子開關(guān)Si來決定。故流入運(yùn)算放大器的總電流為：2/11/20259

由于從UREF向網(wǎng)絡(luò)看進(jìn)去的等效電阻是R，因此從UREF流出的電流為：

2/11/202510

故：2/11/202511

因此輸出電壓可表示為：2/11/202512

由此可見，輸出模擬電壓uO與輸入數(shù)字量D成正比，實(shí)現(xiàn)了數(shù)模轉(zhuǎn)換。

對(duì)于n位的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC，則：2/11/202513

電路特點(diǎn)：（1）解碼網(wǎng)絡(luò)僅有R和2R兩種規(guī)格的電阻，這對(duì)于集成工藝是相當(dāng)有利的；

（2）這種倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)各支路的電流是直接加到運(yùn)算放大器的輸入端，它們之間不存在傳輸上的時(shí)間差，故該電路具有較高的工作速度。

因此，這種形式的DAC目前被廣泛的采用。2/11/2025147.1.3DAC的主要技術(shù)參數(shù)1.分辨率

分辨率是指輸出電壓的最小變化量與滿量程輸出電壓之比。輸出電壓的最小變化量就是對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量最低位為1，其余各位均為0時(shí)的輸出電壓。滿量程輸出電壓就是對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量全部為1時(shí)的輸出電壓。對(duì)于n位D/A轉(zhuǎn)換器，分辨率可表示為：

分辨率＝

位數(shù)越多，能夠分辨的最小輸出電壓變化量就越小，分辨率就越高。也可用位數(shù)n來表示分辨率。返回2/11/2025152.轉(zhuǎn)換速度

D/A轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字量到轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的模擬輸出電壓所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換速度。不同的DAC其轉(zhuǎn)換速度也是不相同的，一般約在幾微秒到幾十微秒的范圍內(nèi)。

2/11/2025163.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指電路實(shí)際輸出的模擬電壓值和理論輸出的模擬電壓值之差。通常用最大誤差與滿量程輸出電壓之比的百分?jǐn)?shù)表示。通常要求D/A轉(zhuǎn)換器的誤差小于ULSB/2。

例如，某D/A轉(zhuǎn)換器滿量程輸出電壓為10V，如果誤差為1%，就意味著輸出電壓的最大誤差為±0.1V。百分?jǐn)?shù)越小，精度越高。轉(zhuǎn)換精度是一個(gè)綜合指標(biāo)，包括零點(diǎn)誤差、增益誤差等，它不僅與D/A轉(zhuǎn)換器中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且還與環(huán)境溫度、集成運(yùn)放的溫度漂移以及D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。2/11/2025174.非線性誤差通常把D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓值與理想輸出電壓值之間偏差的最大值定義為非線性誤差。

D/A轉(zhuǎn)換器的非線性誤差主要由模擬開關(guān)以及運(yùn)算放大器的非線性引起。

5.溫度系數(shù)

在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化而變化的量，稱為DAC的溫度系數(shù)。一般用滿刻度的百分?jǐn)?shù)表示溫度每升高一度輸出電壓變化的值。

2/11/2025187.1.4集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用常用的集成DAC有AD7520、DAC0832、DAC0808、DAC1230、MC1408、AD7524等，這里僅對(duì)AD7520作簡要介紹。

1.D/A轉(zhuǎn)換器AD7520

AD7520是10位的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容。該芯片以接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易、通用性好、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。返回2/11/202519

圖7-3AD7520內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖該芯片只含倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)、電流開關(guān)和反饋電阻，不含運(yùn)算放大器，輸出端為電流輸出。具體使用時(shí)需要外接集成運(yùn)算放大器和基準(zhǔn)電壓源。2/11/202520圖7-4AD7520外引腳圖

D0～D9：數(shù)據(jù)輸入端IOUT1：電流輸出端1IOUT2：電流輸出端2Rf：10KΩ反饋電阻引出端Vcc：電源輸入端UREF：基準(zhǔn)電壓輸入端GND：地。2/11/202521

分辨率：10位

線性誤差：±(1/2)LSB（LSB表示輸入數(shù)字量最低位），若用輸出電壓滿刻度范圍FSR的百分?jǐn)?shù)表示則為0.05%FSR。

轉(zhuǎn)換速度：500ns

溫度系數(shù)：0.001%/℃

AD7520的主要性能參數(shù)如下：2/11/202522

10位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器從全“0”加到全“1”，電路