电子综合设计教案

第六讲信号的数模转换电路 D A转换器 DAC 一 D A转换器的基本原理和转换特性 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量 然后将代表各位的模拟量相加 所得的总模拟量就与数字量成正比 这样便实现了从数字量到模拟量的转换 基本原理 转换特性 图示是输入为3位二进制数时的D A转换特性 理想的D A转换特性 应是输出模拟量与输入数字量成正比 即 输出模拟电压uo Ku D Ku电压转换比例系数 输出模拟电流io Ki D Ki电流转换比例系数 D 输入二进制数所代表的十进制数 如果输入为n位二进制数dn 1dn 2 d1d0 则输出模拟电压为 转换特性 指输出模拟量和输入数字量之间的转换关系 给定数字量的D A转换过程 按权展开 求相应位的模拟量 相加求和 求总的模拟量 电阻网络 实现按权展开 电子开关 给定数字量 求和电路 完成模拟量相加 DAC的一般构成 存在多种网络形式 由晶体管或MOS管组成 由运放组成 二 二进制权电阻网络DAC 参考电压 电子开关 d 1 接 d 0 接 不论d接哪端 虚地或实地 各支路电流不变 求和电路 电路 设RF R 2 转换原理 输出 三 T型电阻网络DAC 电路 电子开关 d 1 接 VR d 0 接 地 转换原理 VR通过S0到D点的电压值 等效电路 S0接VRS1S2S3接地 同理 所以 当d3d2d1d0 0001时 同理 当d3d2d1d0 0010时 当d3d2d1d0 0100时 当d3d2d1d0 1000时 d3d2d1d0为任意值时D点的电压值 输出 取Rf 3R 开关在电阻网络和VR之间 当Si由地 VR时 需建立起相应的VD 影响工作速度 各开关动作时间不同 输出可能产生尖脉冲 如 1000 0111的转换 可能为1000 0000 0100 0110 0111 产生尖脉冲 特点 电路 注 1 电子开关置于电阻网络和运放之间 di 1电流入P点 虚地 di 0电流入地 实地 2 无论开关在左 实地 还是在右 虚地 电流不变 故无需电流建立时间 四 倒T型电阻网络DAC 转换原理 节点A B C D以右 等效电阻为2R 总等效电阻为R 总电流 转换原理 续 每过一个节点 电流被分流1 2 转换原理 续 流入P点总电流 输出电压 常见DAC输出公式归纳 权电阻网络 T型电阻网络 倒T型电阻网络 取Rf 3R 取Rf R 例1 设在T型电阻网络中 输入二进制的位数n 6 参考电压VR 10V 当输入X 110101时 求1 RF 2R时 VO 2 RF 3R时 VO 解 1 2 例2 设在T型电阻网络中 参考电压VR 6V RF 3R作输入 求1 d3 d0 1111时 VO 2 d3 d0 0001时 VO 解 1 2 叫DAC的满刻度输出电压值 位数越多 Vomax越接近VR 叫DAC的最小输出电压值 位数越多 Vomin越接近0 五 DAC常见输出形式 1 单极性输出方式 输出从0 正满度变化 VR0 单极性反相电压输出 单极性同相电压输出 说明 单极性输出DAC 输入数字量一般采用自然二进制数 如 n 8时 数字量输入与模拟量输出之间的关系如下表 2 双极性输出方式 说明 输出电压范围从负满度值 正满度值变化 如 5V 5V 对应输入是带有符号位的数字代码 用1位数字作符号位 在双极性转换中 常用的编码有 符号 数值码 符号位 数值码 偏移二进制码2的补码BCD码 偏移二进制码输入时 输入与输出的关系 有表可知 同样的二进制码输入 偏移双极性输出平移半程 即输入80H对应输出为0 d7为符号位 7位有效数值位 输出正负各半 偏移码输入与输出的关系 偏移二进制码输入的DAC电路 A1完成单极性输出 A2完成构成加法电路 完成双极性输出 一般集成D A转换器将电子开关 电阻网络集成在一块硅片上 外接基准电压VR 求和运算放大器 位数 8位 10位 12位 14位 TTL工艺 AD1408 DAC100等 CMOS工艺 AD7532 AD7541 DAC0808 DAC0832 5G7520等 输入 并行 传统芯片 如上述所有型号 串行 近几年开发的芯片 如MAX518等 六 集成D A转换器及其应用 DAC0832说明 8位DA转换器 COMS工艺 倒T型电阻网络 内部有2个数据寄存器 直通 单缓冲 双缓冲三种工作方式 结构 特点 D0 D7 输入8位数字量 D7最高位 MSB D0最低位 LSB Io1 Io2 模拟电流输出端 Io1 Io2 常数 VR R输入全1时 Io1最大 Io2最小 反之则反 Io1相当倒T形DA转换中的I RFB 运放用反馈电阻引出端 RF R 使得 引脚说明 VR 基准电压 VR 10V 10V VCC 电源电压 5V 15V 引脚说明 续1 DGND 数字信号接地端 AGND 模拟信号接地端 片选信号 低有效 输入锁存使能 高有效 写信号1 低有效 数据锁存 寄存器输出不随输入变化 数据直通 寄存器输出随输入变化 引脚说明 续2 写信号2 低有效 DAC转换控制端 低有效 数据锁存 寄存器输出不随输入变化 数据直通 转换数据随输入变化 波形图 输入数据被锁存 转换数据被锁存 工作方式 直通工作方式 数据不作任何锁存 单缓冲工作方式 数据被一个寄存器锁存 双缓冲工作方式 两个寄存器都对数据进行锁存 直通工作方式 工作方式 续 单缓冲工作方式 双缓冲工作方式 调零和调满度 调零 输入D0 D7为全零 调RE使Vo 0 调满度 输入D0 D7为全1 调RF使Vo 最大 重复 步骤 直到都满足为止 步骤 调零 调满度 七 D A转换器的主要技术指标 分辨率 分辨率取决于DAC的位数 故常用输