数模和模数转换器
关S0~Sn-1、权电阻网络、基准电压UREF和求和运算放大器等 部分组成。构成权电阻网络的电阻的阻值与该位的位权值成 反比。
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8. 2 D/A转换器
二、工作原理
运算放大器反向输入端“虚地”，该点电位总是近似为零。 当电子开关S0~Sn-1都接1端时，流入求和运算放大器的总电流 为：
第8章 数模和模数转换器
8. 1 概述 8. 2 D/A转换器 8. 3 A/D转换器
8. 1 概述
随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普及，在现代 控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信 号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象 往往都是一些模拟量(如温度、压力、位移、图像等)，要使 计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些 模拟信号转换成数字信号;而经计算机分析、处理后输出的数 字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所 接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥 梁作用的电路—模数和数模转换器。
8. 2. 2 R-2R倒丁形电阻网络D/A转换器 一、电路组成 在单片集成D/A转换器中，使用最多的是倒T形电阻网络D/A
转换器。 四位倒T形电阻网络D/A转换器的原理图如图8.2.3所示。
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8. 2 D/A转换器
无沦模拟开关Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均等效接 “地”(地或虚地)。这样流经2R电阻的电流与开关位置无关， 为确定值。
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8. 2 D/A转换器
倒T形电阻网络D/A转换器中各支路的电流恒定不变，直接流 入运算放大器的反相输入端，它们之间不存在传输时间差， 有效地减小了动态误差，因而提高了转换速度;并且，电阻只 有R , 2R两种，为集成电路的设计和制作带来了很大的方便。
8. 2. 3权电流型D/A转换器 上述两种DAL都为电压型，它们都是利用电子开关将基准电
二、工作原理
分析R-2R电阻解码网络不难发现，从A, B, C, D每个接点向
左看的二端网络等效电阻均为R，流入每个2R电阻的电流从
高位到低位按2的整倍数递减。设由基准电压源提供的总电流
为I ，
I3
I 2
,
I2
I3 2
, I1
I2 2
, I0
I1 2
,
可见流过各开关支路(从右到左)的电流分别为I/2, I/4 , I/8和 I/16。
压接到电阻网络中去的，由于电子开关存在导通电阻和导通 压降，而且各开关的导通电阻和导通压降值也各不相同，不 可避免要引起转换误差。为了提高转换精度，可采用权电流 型DAC。
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8. 2 D/A转换器
一、电路组成 图8.2.4所示为4位权电流型DAL，它主要由权电流恒流源、
运算放大器、电子开关和基准电压源组成。 二、工作原理 这组恒流源从高位到低位电流的大小依次为I/2, I/4 , I/8和I/16。 当输入数字量的某一位代码di=1时，开关Si接运算放大器的
反相输入端，相应的权电流流入求和电路;当di=0时，开关Si 接地。 分析该电路可得出
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8. 2 D/A转换器
uo
i
RF
I RF ( 2 d3
将输入数字量扩展到n位，可得n位倒T形电阻网络D/A转换器 输出模拟量与输入数字量之间的一般关系式如下:
若 RF R 取，则
uo
RF R
U REF 2n
n 1
[ (di
i0
2i )]
uo
U REF 2n
n 1
(di
i0
2i )
可以看出:输出模拟电压与输入数字量成正比，完成了数模转 换。
21 d1
20 d0 )
U REF 2n1 R
n 1
di 2i
i0
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8. 2 D/A转换器
因运算放大器的输入偏置电流近似为0，则运算放大器输出电 压为
uo iF RF i RF
RF
U REF 2n1 R
(2n 1 d n 1
2n2 dn2
21 d1
20 d0 )
RF
U REF 2n1 R
将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器(简称 A/D转换器或ADC);将数字信号转换为模拟信号的电路称为数 模转换器(简称D/A转换器或DAC)。显然，ADC和DAC是数 字系统的重要接口部件。
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8. 1 概述
随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合 集成型的A/D和D/A转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。
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8. 2 D/A转换器
D/A转换器将输入的二进制代码转换成相应的输出模拟电压。 它是数字系统和模拟系统的接口。图8. 2. 1为一个DAL的框 图，一般包括基准电压、输入寄存器、电子模拟开关、由数 字代码所控制的电阻网络和运算放大器等几部分。
8. 2. 1权电阻网络D/A转换器 一、电路组成 图8.2.2所示为n位权电阻型D/A转换器，它主要由电子模拟开
i In1 In2 I1 I0
U REF 20 R
U REF 21 R
U REF 2n2 R
U REF 2n1 R
模拟开关S i受d i控制，因此
i
U REF 20 R
U REF 21 R
U REF 2n2 R
U REF 2n1 R
U REF 2n1 R
(2n 1 d n 1
2n2 dn2
n 1
di 2i
i0
通常取则可简化为
uo
U REF 2n R
n 1 i0
di 2i
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8. 2 D/A转换器
权电阻网络D/A转换器的优点是电路简单，转换速度也比较 快，其转换精度取决于基准电压UREF以及模拟电子开关、运 算放大器和各权电阻值的精度。它的缺点是各权电阻的阻值 都不相同，位数多时，其阻值相差很大，这给保证精度带来 很大困难，特别是对于集成电路的制作很不利，因此在集成 的D/A转换器中很少单独使用该电路。
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8. 2 D/A转换器
于是可得总电流
i
U REF R
(
d0 24
d1 23
d2 22
d3 21
)
U REF 24 R
3 i压
uo iF RF i RF
RF
R
U REF 24
3
(di
i0
2i )
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8. 2 D/A转换器
