《数字电子技术》课程教学课件（PPT讲稿）第七章 数模与模数转换电路 CH71 D/A转换器

7.1D/A转换器(1 7.1.1 D/A转换的基本要求 一、输入、 输出关系框图 uo或io DAC 1.D/A转换思路 如(1101)2=1×23+1×22+1×20=8+4+1=13 n-1 N。=∑4x2 可利用运算放大器实现运算 i=0 uo/V 2.转换特性 5 4 3 2 001010011100101110111

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 1 2 1 2 1 2 8 4 1 13 3 2 0 =  +  +  = + + =  − = =  1 0 1 0 2 n i i N di 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、DA转换的电路组成 2R」 R :R电阻网络 UREF 兰1/802R114 2-1/2 2 R + 三、工作原理 求和运放 当42414=100. I=UREF/R UREF R uo = R=- _UE×1x2 2R 23

二、D/A 转换的电路组成 R 2R R R 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/ 4 I/ 2 I I/ 8 I/2 I = UREF / R R I u 2 O = − R U R 2 REF = − 2 3 REF 1 2 2 = −   U uO 三、工作原理

K I 当42414=110. 2R BB + uo 0+=-器+ UREE)R 2R 4R UE(L×22+1x2）

当 d2d1d0 = 110, I R 2R R R 2R 2R 2R UREF uO I/ 4 I/ 2 I/ 8 R I I u ) 2 4 O = −( + (1 2 1 2 ) 2 2 1 3 REF = −  +  U R R U R U ) 2 4 ( REF REF = − +

☑D 冈I 当42414=111 2R 2ty0中42中2 )R=- UREF+ 2R 4R 8R 表达的一般形式 UE(Lx2+1x2'+1×2) 23 0= CRE(山2×22+dx2'+d×2）

当 d2d1d0 = 111, I R 2R R R 2R 2R 2R UREF uO I/8 I/4 I/2 R I I I u ) 2 4 8 O = −( + + (1 2 1 2 1 2 ) 2 2 1 0 3 REF = −  +  +  U R R U R U R U ) 2 4 8 ( REF REF REF = − + + 表达的一般形式 ( 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 REF O = − d  + d  + d  U u

四、输入为n位二进制数时的表达式 当D=dn-1dn-2.d1d0 E里(dn-1x2-1++d×2'+d×2') 2n 4o= UREE D=KI·D 2" K,一转换比例系数 K。s-RF 2

四、输入为 n 位二进制数时的表达式 当 D = dn-1 dn-2 . d1 d0 ( 2 . 2 2 ) 2 0 0 1 1 1 1 REF O = −  + +  +  − d − d d U u n n n D K D U u n = − =  u REF O 2 Ku — 转换比例系数 n U K 2 REF u = −

7.1.2DAC的转换精度、速度和主要参数 一、转换精度 l.分辨率（Resolution) 分辨率= UFSR -=2"-1 指D/A转换器模拟输出产生的最小电压变化量与满 刻度输出电压之比，也可用输入的位数表示。 LSB-Least Significant Bit FSR-Full Scale Range 2.转换误差 为实际输出与理想输出模拟电压间的最大误差。 可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最 低有效位(LSB)的倍数表示。 如：h(LSB)=输入为0.01时输出模拟电压的

7.1.2 DAC 的转换精度、速度和主要参数 一、转换精度 指 D/A 转换器模拟输出产生的最小电压变化量与满 刻度输出电压之比，也可用输入的位数表示。 为实际输出与理想输出模拟电压间的最大误差。 ULSB UFSR = 1 2 n–1 分辨率= LSB —Least Significant Bit 2.转换误差 可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最 低有效位（LSB）的倍数表示。 如: ½ （LSB）= 输入为 0.01 时输出模拟电压的一半。 1.分辨率（Resolution） FSR — Full Scale Range

I 二、转换速度 1.建立时间t t,为在大信号工作下（输入由全0变为全1，或由 全1变为全0)，输出电压达到某一规定值所需时间。 不包含UREF和运放的单片DAC最短t<01uS;包含 UREF和运放的单片DAC最短t,<1.5us。 2.转换速率SR 用大信号工作状态下模拟电压的变化率表示 完成一次转 赛所需时TR=(+斤.(4) 上升时间 下降时间 TTR (max)=ts+Uo (max)/SR

二、转换速度 1. 建立时间 t s t s 为在大信号工作下（输入由全0 变为全 1，或由 全 1 变为全 0）, 输出 电压达到某一规定值所需时间 。 不包含 UREF 和运放的单片 DAC 最短 t s < 0.1 s；包含 UREF 和运放的单片 DAC 最短 t s < 1.5 s。 2. 转换速率 SR 用大信号工作状态下模拟电压的变化率表示 TTR = t s + tr （t f） 上升时间 下降时间 完成一次转 换所需时间 TTR（max） = t s+ UO（max） / SR

I 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 全量程的% ≤0.05% 转换时间 ns ≤500 UREF V -25~+25 电源电压 V 5~15 功耗 mW 20 电源 FSR×10-6/°C 50 温度 系数 增益 FSR×10-6/°C 10 非线性 FSR×10-6/°C 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 全量程的 % ≤ 0.05 % 转换时间 ns ≤ 500 UREF V –25  +25 电源电压 V 5  15 功 耗 mW 20 温度 系数 电源 FSR  10–6/ºC 50 增益 FSR  10–6/ºC 10 非线性 FSR  10–6/ºC 2

D 冈I 四、集成DAC芯片举例 1.5G7520的电路结构 UREF 414 15 参考电压源，可正可负。 5 5G7520 6 7 16R 8 R 10 1o1 uo 2 12 1o2 13 3GND

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 14 15 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

>I 2.应用电路 单极性输出 1415 Rwi UREF>0,4o<0 4 16 输入从0000000000~ R中 13 1111111111变化时， uo从0~(1023/1024)UREF 5G75203 输出与输入的关系 数码输入 模拟输出 dg de d de ds d4 ds d2 d Uo do 111111111 (1023T1024)UREF (1022/1024)UREF 1 11111111 -（111024)UREF 0

2. 应用电路 单极性输出 uO UREF IO1 IO2 5G7520 22 3 4 16 14 15 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 数码输入 模拟输出 d9 d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 uO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 – （1023 / 1024）UREF – （1022 / 1024）UREF . – （1 / 1024）UREF 0 UREF > 0，uO < 0