DAC的原理.ppt

* DAC的原理 本次课重点 输出电压的计算 退出 D/A转换器 数模转换是将数字量转换为模拟电量(电流或电压)， 使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。 实现这种转换功能的电路叫数模转换器（DAC）。 一、D/A转换器的基本原理 1、D/A转换器的定义： 一个n位二进制数可表示为D=dn-1dn-2···d1d0,其中 最高有效位MSB,最低有效位LSB的权依次为2n-1, 2n-2, ···,21,20。为了将数字量转换为模拟量 2、基本原理： 将二进制数的每一位按权的大小转换为相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，就得到与该数字量成正比的模拟量。 设输入数字量为D，输出模拟量为uo,则D/A转换的关系可表 达为 k为比例系数，又叫转换系数，D为输入的n位二进制数。 DAC输入数字量与输出模拟量的对应关系 称为DAC的转换特性。 图24－1为3位二进制数DAC的转换特性。 设输出电压的满度值为Uomax=7V，则3位二进制DAC 有8个输出的模拟电压，即从0V到7V。由图可见， 输出模拟量可以分为2n-1个阶梯等级，当最大输出 电压Uomax确定后，输入数字量的位数越多，输出模 拟量的阶梯间隔越小，相邻两组代码转换出来的模 拟量之差越小，阶梯越接近为一条直线，这表明转 换器的转换精度越高。 3、组成与分类： （1）组成： 数字寄存器、模拟开关、基准电压源、电阻网络和放大器几个组成部分。 n位二进制DAC组成一般包括 （2）分类： 权电阻网络、T型电阻网络、倒T型电阻网络等几类。 按电阻网络不同可分成 二、常见D/A转换器的分析 1、T型电阻网络D/A转换器 图24－2 T型电阻网络D/A转换器 可以看出，T型电阻网络有如下特点： （1）从任何一个结点向左或向右到地或虚地端的等效电阻 相等均为R。 （2）从任何一模拟开关到地或虚地端的等效电阻相等， 均为3R。 模拟开关Si是接地还是接基准电压UREF,受输入的二进制码 D3D2D1D0控制。总电流为 由运放的工作原理可知，输出电压uo为： 依次类推，n位T型电阻网络DAC，则输出电压为： 图 24－3 2、R-2R倒T型电阻网络D/A转换器 R－2R倒T形电阻网络的特点及转换原理： 因此，各模拟开关S3S2S1S0流过的电流分别为 ，而与开关的状态无关。 从结点A、B、C、D向右看，其等效电阻均为R， 基准电源的总电流为 ，电流每流过一个结点， 就均分为两路相等的电流。 流入求和运算放大器的电流为： 这样就实现了数字量到模拟量的转换。 求和运算放大器的输出电压 当Rf=R时， 如果是n位的DAC,并设Rf=R，则uo的表达式为 倒T形电阻网络由于流过各支路的电流恒定不变， 故在开关状态变化时，不需电流建立时间，所以 该电路转换速度快，尖峰脉冲干扰较小，是使用 最广泛的一种D/A转换器。 2. 转换误差和转换精度 3. 转换速度 三、D/A转换器的主要参数 1. 分辨率 分辨率说明D/A转换器分辨最小输出电压的能力，通常用 最小输出电压与最大输出电压之比表示。 所谓最小输出电压ULSB指当输入的数字量仅最低位为1时 的输出电压，而最大输出电压UOMAX是指当输入数字量各 有效位全为1时的输出电压。 对于一个n位的D/A转换器，分辨率可表示为 , 其中n为输入数字量的位数。该D/A转换器能够分辨的最小 电压为 。 转换误差是指D/A转换器输入端加最大数字量时， 实际输出的模拟电压与理论输出模拟电压的最大 误差。 。 通常要求D/A转换器的误差小于 转换速度是指D/A转换器从数码输入开始，到输出 的模拟电压达到稳定值所需的时间，也称为转换 时间。 转换时间越小，工作速度就越高。 如5G7520/AD7541的转换时间小于500ns 一般取输入由全0变成全1或反之，其输出达到稳定值所需要的时间。 CDA7524是CMOS 8位并行D/A转换器。 四、CDA7524 D/A转换器 电源电压VDD可在+5～+15 V之间选择。具有电阻 网络和电子模拟开关及数据锁存器，还有片选控 制和数据输入控制端，便于和微处理器进行接口 的D/A转换器，多用于微机控制系统中。