电子系统设第3章 模数数模转换器.ppt

四川大学 3位全并行ADC的原理框图及工作原理 ① 确定A/D转换的位数。 ② 确定转换器的转换速率。 ③ 确定是否要加采样保持器。 ④ 注意工作电压和基准电压。 ⑤ 考虑成本，而且尽量选择流行器件 逐次比较型。 CMOS工艺制造。 单电源供电。不需外部进行零点和满度调整。 可锁存三态输出，输出与TTL兼容。 易与各种微控制器接口。 具有锁存控制的8路模拟开关。 分辨率：8位。 功耗：15?mW。 转换时间（fCLK=500?kHz）：128 ?s。 转换精度：ADC0808，±0.2%；ADC0809，±0.4%。 3.3 数模转换器（DAC） DAC0832主要性能 分辨率为8位。 只需在满量程下调整其线性度。 可与所有的单片机或微处理器直接接口，需要时亦可不与微处理器连用而单独使用。 电流稳定时间1?s。 可双缓冲、单缓冲或直通数据输入。 低功耗，200mW。 逻辑电平输入与TTL兼容。 单电源供电，+5～+15?V。 二、DAC的主要性能指标 1、转换精度 （1）分辨率 　分辨率是指DAC输出模拟电压可能被分离的等级数。表示DAC对模拟量的分辨能力，它是最低有效位（LSB）所对应模拟量的值。DAC输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实际应用中，常用数字量的位数N表示DAC的分辨率。如常见的8位、12位、16位等，一般认为大于12位的为高分辨率转换器。 　 分辨率也可以用DAC的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为： （2）转换误差 指输出模拟电压的实际值与理想值的最大偏差。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。 绝对误差：用最低有效位的分数形式表示，如±(1/2)LSB。 相对误差：用最大误差与满量程电压VFS的百分数表示。例如相对误差为±0.1%，则表示最大误差：VE=±0.1%·VFS，如果VFS=10V，VE=±10mV。 转换误差主要由三种误差构成： ①非线性误差（非线性度） 理想DAC的转换特性应是线性的，实际转换中，在满刻度范围内偏离理想，转换特性的最大值称为线性误差。通常较好的DAC的线性误差不大于1/2LSB。 二、DAC的主要性能指标 二、DAC的主要性能指标 非线性误差 ②漂移误差（失调误差） 在整个范围内出现的大小和符号都固定不变的误差。（也叫系统误差） 产生原因：由运放的零点漂移造成。 消除方法：通过零点校准的方法，但不能在整个温度范围内校准。 ③增益误差 指DAC的实际转换特性曲线和理想直线的最大偏差。 2、转换速度 （1）建立时间ts 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为建立时间。 （2）转换速率（SR）指完成一次从数字信号转换到模拟信号所需时间的倒数。常用单位是KSPS和MSPS，表示每秒钟采样千/百万次。 主要由权电阻网络D/A转换电路、求和运算放大器和模拟电子开关三部分构成，其中权电阻网络D/A转换电路是核心，求和运算放大器构成一个电流、电压转换器，将流过各权电阻的电流相加，并转换成与输入数字量成正比的模拟电压输出。 4位权电阻网络D/A转换电路 1.权电阻网络DAC电路 三、常见的电路结构 二进制权电阻网络的电阻值是按4位二进制数的位权大小取值的，最低位电阻值最大，为23R，然后依次减半，最高位对应的电阻值最小，为20R。不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流是不变的。 4位权电阻网络D/A转换电路 1.权电阻网络DAC电路 模拟开关S受输入数字信号控制，若d=0，相应的S合向同相输入端（地）；若d=1，相应的S合向反相输入端。 i正比于输入的二进制数，所以实现了数字量到模拟量的转换。 运算放大器的输出电压 4位权电阻网络D/A转换电路 1.权电阻网络DAC电路 采用运算放大器进行电压转换有两个优点： （1）起隔离作用，把负载电阻与电阻网络相隔离，以减小负载电阻对电阻网络的影响； （2）可以调节RF控制满刻度值（即输入数字信号为全1）时输出电压的大小，使D/A转换器的输出达到设计要求。 优点：结构简单，所用电阻元件少； 缺点：①阻值相差很大，精度难以保证； ②模拟开关有内阻，影响精度。 ③模拟开关切换瞬间，存在寄生电容充放电现象。 1.权电阻网络DAC电路 2.T型网络DAC电路 电路结构 主要由T(R-2R)型电阻网络、求和运算放大器和模拟电子开关三部分构成，其中R-2R电阻网络是D/A转换电路的核心，求和运算放大器构成一个电流、电压转换 器，它将与输入数字量成正比的输入电流转换成模拟电压输出。