数字电子技术 第7章D/A与A/D转换电路 【本章知识架构】 DA转换器的基 本原理 DIA转换器 进制权电阻网络D/A转换器 DA转换器的构成 倒T型电阻网络D/A转换器 数模与模数转换电路 D/A转换器的主要 权电流型DA转换器 技术指标 集成DIA转换器及 其向用 AD转换器的基 本原理 AD转换器 并行比较型AD转换器 AWD转换器的构成 逐次比较型AWD转换器 数字电压 AWD转换器的主要 双积分型AD转换器 表设计的 技术指标 案例分析 集成AWD转换器 ADC0804及其应用 【本章教学目标与要求】 ·熟悉D/A转换器和A/D转换器的主要技术指标及影响它们的主要因素： ·掌握D/A转换器（二进制权电阻网络、倒T型电阻网络、权电流型）的 电路结构及其工作过程： ·掌握A/D转换器的主要类型（并行比较型、逐次比较型型、双积分型）
数字电子技术 第 7 章 D/A 与 A/D 转换电路 【本章知识架构】 【本章教学目标与要求】 ·熟悉 D/A 转换器和 A/D 转换器的主要技术指标及影响它们的主要因素； ·掌握 D/A 转换器（二进制权电阻网络、倒 T 型电阻网络、权电流型）的 电路结构及其工作过程； ·掌握 A/D 转换器的主要类型（并行比较型、逐次比较型型、双积分型） D/A 转换器的基 本原理 二进制权电阻网络 D/A 转换器 D/A 转换器的构成 数字电压 表设计的 案例分析 集成D/A转换器及 其应用 倒 T 型电阻网络 D/A 转换器 D/A 转换器的主要 权电流型 D/A 转换器 技术指标 A/D 转换器的基 本原理 并行比较型 A/D 转换器 A/D 转换器的构成 集成 A/D 转换器 ADC0804 及其应用 逐次比较型 A/D 转换器 A/D 转换器的主要 双积分型 A/D 转换器 技术指标 A/D 转换器 数 模 与 模 数 转 换 电 路 D/A 转换器
数字电子技术 及其工作过程： ·掌握D/A转换器和AD转换器工作原理、输入与输出关系的定量计算： ·掌握D/A转换器与A/D转换器的使用方法。 7.1D/A与AWD转换电路的基本概念 1.D/A与A/D转换电路的概念与特点 随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通 信及检测领域中，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实 际处理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和处理这些信号，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往往也需要将其转换成为相 应的模拟信号才能为执行机构所接收。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一一模数转换电路和数模转换电路。 能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):而能把数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器（简称 D/A转换器或DAC),A/D转换器和D/A转换器已经成为计算机系统中不可缺 少的接口电路，是沟通模拟电路和数字电路的桥梁。 7.2DlA转换器 7.2.1D/A转换器的基本原理 数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一 定的权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每1位的代码按其权的大小转 换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总 模拟量，从而实现了数字一模拟转换。这就是构成D/A转换器的基本思路。 图7.1所示是D/A转换器的输入、输出关系框图，D6~Da-1是输入的n 位二进制数，。是与输入二进制数成比例的输出电压。 图7.2所示是一个输入为3位二进制数时D/八转换器的转换特性，它具 体而形象地反映了DA转换器的基本功能
数字电子技术 及其工作过程； ·掌握 D/A 转换器和 A/D 转换器工作原理、输入与输出关系的定量计算； ·掌握 D／A 转换器与 A／D 转换器的使用方法。 7.1 D/A 与 A/D 转换电路的基本概念 1.D/A 与 A/D 转换电路的概念与特点 随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通 信及检测领域中，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实 际处理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和处理这些信号，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往往也需要将其转换成为相 应的模拟信号才能为执行机构所接收。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——模数转换电路和数模转换电路。 能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）；而能把数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器（简称 D/A 转换器或 DAC），A/D 转换器和 D/A 转换器已经成为计算机系统中不可缺 少的接口电路，是沟通模拟电路和数字电路的桥梁。 7.2 D/A 转换器 7.2.1 D/A 转换器的基本原理 数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一 定的权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每 1 位的代码按其权的大小转 换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总 模拟量，从而实现了数字—模拟转换。这就是构成 D/A 转换器的基本思路。 图 7.1 所示是 D/A 转换器的输入、输出关系框图，D0～Dn-1 是输入的 n 位二进制数，vo 是与输入二进制数成比例的输出电压。 图 7.2 所示是一个输入为 3 位二进制数时 D/A 转换器的转换特性，它具 体而形象地反映了 D/A 转换器的基本功能
数字电子技术 6 D/A转换器 g 43 输出 000001010011100101110111D 图7.1DA转换器的输入、输出关系框图 图7.23位DA转换器的转换特性 7.2.2 D/A转换器的构成 1.二进制权电阻网络D/A转换器 图7.3二进制权电阻网络D/A转换器 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。 8R 4R R i=1od。+ld,+I2d2+1d3 +4+景4+贤4 d2+42+42+42四
数字电子技术 0 1 2 3 4 5 6 7 001 010 011 100 101 110 111 D/A转换器 D D D 0 1 n-1 . . . vo 输入 输出 vo/V 000 D 图 7.1 D/A 转换器的输入、输出关系框图 图 7.2 3 位 D/A 转换器的转换特性 7.2.2 D/A 转换器的构成 1. 二进制权电阻网络 D/A 转换器 图 7.3 二进制权电阻网络 D/A 转换器 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。 R V I R V I R V I R V I REF REF REF REF 0 = 1 = 2 = 3 = 2 4 8 ( 2 2 2 2 ) 2 8 4 2 0 0 1 1 2 2 3 3 3 0 1 2 3 0 0 1 1 2 2 3 3 = + + + = + + + = + + + d d d d R V d R V d R V d R V d R V i I d I d I d I d REF REF REF REF REF
数字电子技术 业=R=号要d2+42+d2+42刘 2.倒T型电阻网络D/A转换器 0 1 3 R R R 2R5 27 27 2R d 图7.4倒T型电阻网络D/A转换器 ①分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R ②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，各支路的电流不变。 从参考电压端输入的电流为：IF= R AR 8R 1o-16AEF-16R i=1od+1d1+12d2+13d =(信4+4+4+4 202+42+d2+429 队，=-R,=-R1=-'(d2+d-2+d-2+d29 24R 3.权电流型D/A转换器 尽管倒T形电阻网络D/A转换器具有较高的转换速度，但由于电路中
数字电子技术 ( 2 2 2 2 ) 2 2 0 0 1 1 2 2 3 o 4 3 = − = − = − d + d + d + d V i R u R i REF F F 2. 倒 T 型电阻网络 D/A 转换器 图 7.4 倒 T 型电阻网络 D/A 转换器 ①分别从虚线 A、B、C、D 处向右看的二端网络等效电阻都是 R。 ②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，各支路的电流不变。 从参考电压端输入的电流为： R V I REF REF = R V I I R V I I R V I I R V I I REF REF REF REF REF REF REF REF 16 16 1 8 8 1 4 4 1 2 2 1 1 0 3 2 = = = = = = = = ( 2 2 2 2 ) 2 ) 2 1 4 1 8 1 16 1 ( 0 0 1 1 2 2 3 4 3 0 1 2 3 0 0 1 1 2 2 3 3 = + + + = + + + = + + + d d d d R V R V d d d d i I d I d I d I d REF REF ( 2 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 o 4 3 = − = − = − d + d + d + d R V R u R i R i REF F F F F 3. 权电流型 D/A 转换器 尽管倒 T 形电阻网络 D/A 转换器具有较高的转换速度，但由于电路中
数字电子技术 存在模拟开关电压降，当流过各支路的电流稍有变化时，就会产生转换误差。 为进一步提高DA转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器。 1.原理电路。 这组恒流源从高位到低位电流的大小依次为2、4、8、16。 (MSB) D So 2 S3 -VREF 图7.5权电流型D1A转换器的原理电路 当输入数字量的某一位代码D,=1时，开关S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D0时，开关S接地。分析该电路可 得出 vo=iΣRy =RD++0+6D =2RD2+D2+D2+D20 RD.2 采用了恒流源电路之后，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压 降的影响，这就降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。 2.采用具有电流负反馈的BJT恒流源电路的权电流D/A转换器 为了消除因各BJT发射极电压WE的不一致性对DA转换器精度的影 响，图中T3~T6均采用了多发射极晶体管，其发射极个数是8、4、2、1， 即T~T发射极面积之比为84：2：1。这样，在各BT电流比值为8：4：21的 情况下，T乃~6的发射极电流密度相等，可使各发射结电压'E相同。由于 T乃~T的基极电压相同，所以它们的发射极s、2、1、c就为等电位点。 在计算各支路电流时将它们等效连接后，可看出倒T形电阻网络与图87 中工作状态完全相同，流入每个2R电阻的电流从高位到低位依次减少1/2， 各支路中电流分配比例满足8：42：1的要求
数字电子技术 存在模拟开关电压降，当流过各支路的电流稍有变化时，就会产生转换误差。 为进一步提高 D/A 转换器的转换精度，可采用权电流型 D/A 转换器。 1．原理电路。 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、I/16。 D D D (LSB) (MSB) S S S S 0 0 1 1 2 2 3 3 R + A vo iΣ f I 2 4 I 8 I 16 I VREF D 图 7.5 权电流型 D/A 转换器的原理电路 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 i i f i f f O f R D I R D D D D I D I D I D I D I R v i R 2 2 ( 2 2 2 2 ) 2 ) 2 4 8 16 ( 3 0 4 0 0 1 1 2 2 3 3 4 3 2 1 0 = = + + + = + + + = = 采用了恒流源电路之后，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压 降的影响，这就降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。 2．采用具有电流负反馈的 BJT 恒流源电路的权电流 D/A 转换器 为了消除因各 BJT 发射极电压 VBE 的不一致性对 D/A 转换器精度的影 响，图中 T3～T0 均采用了多发射极晶体管，其发射极个数是 8、4、2、1， 即 T3～T0 发射极面积之比为 8:4:2:1。这样，在各 BJT 电流比值为 8:4:2:1 的 情况下，T3～T0 的发射极电流密度相等，可使各发射结电压 VBE 相同。由于 T3～T0 的基极电压相同，所以它们的发射极 e3、e2、e1、e0 就为等电位点。 在计算各支路电流时将它们等效连接后，可看出倒 T 形电阻网络与图 8-7 中工作状态完全相同，流入每个 2R 电阻的电流从高位到低位依次减少 1/2， 各支路中电流分配比例满足 8:4:2:1 的要求