济南大学物理科学与技术学院数字电子技术课件第七章 数模与模数转换电路.ppt

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* 概述 一、数/模和模/数器是模拟、数字系统间的桥梁 模 / 数(A / D)转换: Analog to Digital Converter (ADC) 数 / 模(D / A)转换: Digital to Analog Converter (DAC) 数字计算机 模拟系统 A/D D/A 二进制 二进制 线性 线性 存储 分析 控制 物理 生物 化学 二、 常见数模、模数转换器应用系统举例 压力传感器 温度传感器 流量传感器 四 路 模 拟 开 关 数 字 控 制 计 算 机 DAC … … 模拟控制器 模拟控制器 液位传感器 DAC … DAC … 模拟控制器 模拟控制器 生 产 控 制 对 象 DAC ADC 物理量 二进制 信号 模拟信号 三、A / D、D / A 转换器的精度和速度 精度保证转换的准确性 速度保证适时控制 7.1 D / A转换器(DAC) 7.1.1 D / A转换的基本要求 1. D / A转换思路 … d0 d1 dn-1 DAC uO或iO n 位 二进制 如 (1101)2 可利用运算放大器实现运算 2. 转换特性 D uO/V 7 6 5 4 3 2 1 001 010 011 100 101 110 111 一、输入、输出关系框图 二、D/A 转换的电路组成 R R R 2R 2R 2R 2R UREF S0 S1 S2 d0 d0 d1 d2 d1 d2 电子 开关 电阻网络 求和运放 当 d2d1d0 = 100, I I / 2 I / 4 I / 8 I/2 I = UREF / R uO 三、工作原理 当 d2d1d0 = 110, I R R R 2R 2R 2R 2R UREF uO I / 2 I / 4 I / 8 当 d2d1d0 = 111, I R R R 2R 2R 2R 2R UREF uO I / 2 I / 4 I / 8 表达的一般形式 三、输入为 n 位二进制数时的表达式 当 D = dn-1 dn-2 … d1 d0 Ku — 转换比例系数 (一) 主要参数 1. 分辨率 DAC 的最小输出电压变化量,也即 DAC 的最小输出电压值 表示满度输出电压值,FSR 即 Full Scale Range   指 D/A 转换器模拟输出所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。 UFSR = uO|D = 11 ??? 1 = ( 2n – 1 ) ULSB n 位均为 1 例如,一个 10 位的 DAC,分辨率为 0.000 978。 DAC 的位数越多,分辨率值就越小, 能分辨的最小输出电压值也越小。 7.1.2 DAC 的转换精度、速度和主要参数   要获得较高精度的 D/A 转换结果,除了正确选用 DAC 的位数外,还要选用低漂移高精度的求和运算放大器。 3. 转换时间   指 DAC 在输入数字信号开始转换,到输出的模拟信号达到稳定值所需的时间。   转换时间越小,转换速度就越高。 2. 转换精度   指 DAC 实际输出模拟电压与理想输出模拟电压间的最大误差。   它是一个综合指标,不仅与 DAC 中元件参数的精度有关,而且与环境温度、求和运算放大器的温度漂移以及转换器的位数有关。 通常要求 DAC的误差小于 ULSB / 2。 三、主要参数 D/A 转换器 5G7520 的主要参数 参数名称 单 位 参数值 分辨率 位 10 非线性度 转换时间 UREF 全量程的 % ≤ 0.05 % ns ≤ 500 V V 电源电压 –25 ? +25 5 ? 35 功 耗 mW 20 温度系数 FSR ? 10–6/oC 四、集成DAC芯片举例 1. 5G7520 的电路结构 UREF IO1 IO2 d4 5G7520 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 VDD d3 d2 d1 d0 d5 d6 d7 d8 d9 Rf GND uO R IO1 参考电压源,可正可负。 2. 应用电路 单极性输出 uO UREF IO1 IO2 5G7520 2 2 3 4 16 15 14 13 VDD d0 ? d9 Rf ? 1 –VEE R RW1 RW2 RW3   输入从 0000000000 ? 1111111111 变化时, uO 从 0 ? (1023 / 1024)UREF 输出与输入的关系 uO d9 d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 – (1023 / 1024)UREF – (1022 / 1024)UREF …

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