第20讲数模转换器ppt课件.ppt

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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物数字电子技术基础我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第第1010章章 数模与模数转换器数模与模数转换器10.1 集成数模转换器集成数模转换器10.2 集成模数转换器集成模数转换器我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物10.1 数模转换器数模转换器10.1.1 数模转

2、换的基本概念数模转换的基本概念 数模转换器的原理框图如图数模转换器的原理框图如图10.1.1所示。其中所示。其中D（Dn-1Dn-2 . D1D0）为输入的）为输入的n位二进制数，位二进制数， SA为输出的模拟信号（模拟电为输出的模拟信号（模拟电压压UA或模拟电流或模拟电流IA），），UREF为实现数为实现数/模转换所必需的参考电模转换所必需的参考电压（也称基准电压）压（也称基准电压）UREF，它们三者之间满足如下比例关系：，它们三者之间满足如下比例关系：SA = KDUREF式中，式中，K为比例系数，不同的为比例系数，不同的DAC有各自不同的有各自不同的K值；值；D为输入为输入的的n位二进制

3、数所对应的十进制数值。位二进制数所对应的十进制数值。(10.1.1)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图 10.1.1 DAC的原理框图的原理框图D/A转换器DnSAUREF我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物如果假设iniinnnnDDDDDD222221000112111(10.1.2)则式10.1.1可变为102niiiREFADKUS(10.1.3)另外必须指出，另外必须指出，n位二进

4、制代码有位二进制代码有2n种不同的组合，从而对应种不同的组合，从而对应有有2n个模拟电压（或电流）值，个模拟电压（或电流）值， 所以严格地讲所以严格地讲DAC的输出并的输出并非真正的模拟信号，非真正的模拟信号， 而是时间连续、而是时间连续、 幅度离散的信号。幅度离散的信号。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 一个一个n位位D/A转换电路的结构框图如图转换电路的结构框图如图10.1. 2所示，它主所示，它主要由输入数码寄存器、数控模拟开关、电阻解码网络、求和电要由输入数码寄存器、数控模拟开关、电

5、阻解码网络、求和电路、参考电压及逻辑控制电路组成。输入的数字信号可以串行路、参考电压及逻辑控制电路组成。输入的数字信号可以串行或并行方式输入；数字信号输入后首先存储在输入寄存器内，或并行方式输入；数字信号输入后首先存储在输入寄存器内， 寄存器并行输出的每一位驱动一个数控模拟开关，使电阻解码寄存器并行输出的每一位驱动一个数控模拟开关，使电阻解码网络将每一位数码翻译成相应大小的模拟量，并送给求和电路；网络将每一位数码翻译成相应大小的模拟量，并送给求和电路；求和电路将各位数码所代表的模拟量相加便得到与数字量相对求和电路将各位数码所代表的模拟量相加便得到与数字量相对应的模拟量。应的模拟量。DAC的核心

6、电路是电阻解码网络，下面将主要的核心电路是电阻解码网络，下面将主要介绍电阻解码网络这部分电路的工作原理。介绍电阻解码网络这部分电路的工作原理。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图 10.1.2 D/A转换器的结构框图转换器的结构框图输入数码输入数码寄存器寄存器数数 控控模拟开关模拟开关电电 阻阻解码网络解码网络求和电路求和电路逻辑控制逻辑控制电电 路路参考电压参考电压模拟模拟输出输出n 位数字位数字量输入量输入我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但

7、是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物10.1.2 常用数模转换技术常用数模转换技术 1. 权电阻网络权电阻网络DAC电路电路 图图10.1. 3所示是所示是4位权电阻网络位权电阻网络DAC电路的原理图，该电路的原理图，该电路由四部分构成：电路由四部分构成：图图 10.1.3 权电阻网络权电阻网络DAC电路原理图电路原理图IRF R/2NUOI3R320RS3UREFD3(MSB)I2R221RS2D2I1I0R023RR122RS0S1D0(LSB)D1A我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里

8、边有一个活的生物 权电阻网络。该电阻网络由四个电阻构成，它们的权电阻网络。该电阻网络由四个电阻构成，它们的阻值分别与输入的四位二进制数一一对应，满足以下关系：阻值分别与输入的四位二进制数一一对应，满足以下关系： Ri=2n-1-iR （10.1. 4） 式中，式中， n为输入二进制数的位数，为输入二进制数的位数，Ri为与二进制数为与二进制数Di位位相对应的电阻值，而相对应的电阻值，而2i则为则为Di位的权值，所以可以看出二进位的权值，所以可以看出二进制数的某一位所对应的电阻的大小与该位的权值成反比，这制数的某一位所对应的电阻的大小与该位的权值成反比，这就是权电阻网络名称的由来。例如在图就是权电

9、阻网络名称的由来。例如在图10.1. 3中，最高位中，最高位D3所对应的电阻所对应的电阻R3=R。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 模拟开关。每一个电阻都有一个单刀双掷的模拟开模拟开关。每一个电阻都有一个单刀双掷的模拟开关与其串联，关与其串联，4个模拟开关的状态分别由个模拟开关的状态分别由4位二进制数码控位二进制数码控制。当制。当Di=0时，时， 开关开关Si打到右边，使电阻打到右边，使电阻Ri接地；当接地；当Di=1时，开关时，开关Si打到左边，使电阻打到左边，使电阻Ri接接UREF。 基

10、准电压源基准电压源UREF。作为。作为A/D转换的参考值，转换的参考值， 要求其要求其准确度高、稳定性好。准确度高、稳定性好。 求和放大器。通常由运算放大器构成，并接成反相求和放大器。通常由运算放大器构成，并接成反相放大器的形式。放大器的形式。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 为了简化分析，在本章中将运算放大器近似看成是理为了简化分析，在本章中将运算放大器近似看成是理想的放大器，即它的开环放大倍数为无穷大，想的放大器，即它的开环放大倍数为无穷大， 输入电流为输入电流为零（输入电阻无穷大），

11、输出电阻为零。由于零（输入电阻无穷大），输出电阻为零。由于N点为虚地，点为虚地，当当Di = 0时，时， 相应的电阻相应的电阻Ri上没有电流；当上没有电流；当Di = 1时，电阻时，电阻Ri上有电流流过，大小为上有电流流过，大小为Ii=UREF/Ri。根据叠加原理，对于任。根据叠加原理，对于任意输入的一个二进制意输入的一个二进制(D3D2D1D0)2，应有，应有3030301322323330011223300112233222222iiiREFREFREFREFREFREFREFREFREFDRURUDRUDRUDRUDRUDRUDRUDRUDIDIDIDIDI(10.1.5)我吓了一跳，蝎

12、子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物求和放大器的反馈电阻求和放大器的反馈电阻RF = R/2，则输出电压，则输出电压UO为为iiiREFFODURIU22304推广到推广到n位权电阻网络位权电阻网络DAC电路，可得电路，可得iiinREFODUU2230(10.1.6)(10.1.7) 由式由式10.1.6和式和式10.1.7可以看出，权电阻网络电路的输出电可以看出，权电阻网络电路的输出电压和输入数字量之间的关系与式压和输入数字量之间的关系与式10.1. 3的描述完全一致。这里的描述完全一致。这里的比例系数的

13、比例系数K=-1/2n， 即输出电压与基准电压的极性相反。即输出电压与基准电压的极性相反。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 权电阻网络权电阻网络DAC电路的优点是结构简单，所用的电电路的优点是结构简单，所用的电阻个数比较少。它的缺点是电阻的取值范围太大，这个阻个数比较少。它的缺点是电阻的取值范围太大，这个问题在输入数字量的位数较多时尤其突出。例如当输入问题在输入数字量的位数较多时尤其突出。例如当输入数字量的位数为数字量的位数为12位时，最大电阻与最小电阻之间的比位时，最大电阻与最小电阻之间的

14、比例达到例达到2048 1，要在如此大的范围内保证电阻的精度，要在如此大的范围内保证电阻的精度，对于集成对于集成DAC的制造是十分困难的。的制造是十分困难的。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 2. T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路 图图10.1. 4所示为所示为4位位T型电阻网络型电阻网络DAC电路的原理图，电路的原理图， 它克服了权电阻网络它克服了权电阻网络DAC电路的缺点，无论电路的缺点，无论DAC有多少有多少位，位， 电阻网络中只有电阻网络中只有R和和2R两种电阻，但电阻的个数却

15、两种电阻，但电阻的个数却比相同位数的权电阻网络比相同位数的权电阻网络DAC增加了一倍。增加了一倍。 T型电阻网络型电阻网络DAC电路也由四部分构成，它们是：电路也由四部分构成，它们是： R-2R电阻网络、单刀双掷模拟开关（电阻网络、单刀双掷模拟开关（S0、S1、S2和和S3）、）、基准电压基准电压REF和求和放大器。和求和放大器。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图 10.1.4 T型电阻网络型电阻网络DAC电路原理图电路原理图IRF 3RNUOI3I2I1I02RS0S1S2S3UREF

16、D0(LSB)D1D2D3(MSB)2R2R2R2RP0RP1RP2RP32RA我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 4个模拟开关由个模拟开关由4位二进制数码分别控制，当位二进制数码分别控制，当Di = 0时，对应时，对应的开关的开关Si打到右边，使与之相串联的打到右边，使与之相串联的2R电阻接地；当电阻接地；当Di = 1时，时，开关开关Si打到左边，使打到左边，使2R电阻接基准电压电阻接基准电压UREF。该电路在结构上有。该电路在结构上有以下特点：以下特点： 如果不考虑基准电压源如果不考虑基

17、准电压源UREF的内阻，那么无论模拟开关的内阻，那么无论模拟开关的状态如何，从的状态如何，从T型电阻网络的节点（型电阻网络的节点（P0、P1、P2、P3）向左、）向左、 向右或向下看的等效电阻都等于向右或向下看的等效电阻都等于2R，则从运算放大器的虚地点，则从运算放大器的虚地点N向左看去，向左看去，T型电阻网络的等效电阻等于型电阻网络的等效电阻等于3R。 当任意一位当任意一位Di = 1，其余位，其余位Dj = 0时，我们可以根据图时，我们可以根据图10.1.5所示的等效电路，计算出流过该所示的等效电路，计算出流过该2R电阻支路的电流电阻支路的电流Ii=UREF/3R， 并且这部分电流每流进一

18、个节点时，都会向另外两并且这部分电流每流进一个节点时，都会向另外两个方向分流，个方向分流， 分流系数为分流系数为1/2。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图 10.1.5 Pi节点等效电路节点等效电路IiSi2R2RPi2RUREF我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 例如，当只有例如，当只有D0 = 1时（即只有开关时（即只有开关S0接接UREF，其余的，其余的开关都接地），其等效电路如图

19、开关都接地），其等效电路如图10.1. 6所示。可以看出，经所示。可以看出，经S0流出的电流流出的电流I0=REF/3R，它要经过四个节点的分流才能到达，它要经过四个节点的分流才能到达求和放大器。求和放大器。 在每一节点处，由于向右和向下看的等效电阻在每一节点处，由于向右和向下看的等效电阻都是都是2R， 所以在每一节点分流时的分流系数都是所以在每一节点分流时的分流系数都是1/2。因而，。因而，流向求和放大器的电流流向求和放大器的电流I0应为应为I0/24。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图

20、图 10.1.6 模拟开关模拟开关S0单独作用时各个支路的电路单独作用时各个支路的电路RF3RNUOI0/16I0/8I0/4I02RS02R2R2R2RP0RP1RP2RP32RI0 /16I0 /8I0 /4I0 /2I0 /2AUREF我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 同理，当同理，当D1、D2、D3各自单独为各自单独为1时，流向求和放大器的时，流向求和放大器的电流分别为：电流分别为：I1= I1/23， I2 = I2/22， I3=21 根据叠加原理，对任意输入的一个二进制数（根据

21、叠加原理，对任意输入的一个二进制数（D3D2D1D0)2， 流向求和放大器的电流流向求和放大器的电流I应为：应为：3043322110043102321)2222(321iiiREFREFDRUDDDDRUIIII(10.1.8)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物求和放大器的反馈电阻求和放大器的反馈电阻RF = 3R，则输出电压，则输出电压UO为为:30422iiiREFFODURIU推广到推广到n位位T型电阻网络型电阻网络DAC电路，电路， 可得可得1022niiinREFODUU(10.1

22、.9)(10.1.10)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 3. 倒倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路 图图10.1. 7所示为所示为4位倒位倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路的原理图，电路的原理图， 它同样由它同样由R- 2R电阻网络、单刀双掷模拟开关（电阻网络、单刀双掷模拟开关（S0、S1、S2和和S3）、）、 基准电压基准电压UREF和求和放大器四部分构成。它与和求和放大器四部分构成。它与T型电阻型电阻网络网络DAC电路的区别在于：电路的区别在于： 电阻网络呈倒电阻网络呈倒T型分布。

23、型分布。 模拟开关的位置发生了变化。在模拟开关的位置发生了变化。在T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路中，模拟开关位于基准电压源和电阻网络之间，并在基准电压中，模拟开关位于基准电压源和电阻网络之间，并在基准电压和地之间切换；而在倒和地之间切换；而在倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路中，模拟开关位电路中，模拟开关位于电阻网络和求和放大器之间，并在求和放大器的虚地于电阻网络和求和放大器之间，并在求和放大器的虚地N和地和地之间切换。当之间切换。当Di = 1时，时，Si接虚地；当接虚地；当Di = 0时，时，Si接地。接地。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里

24、呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图 10.1.7 倒倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路原理图电路原理图II3I2I1I02RS0S1S2S3(LSB)D0D1D2(MSB)D32R2R2R2RP0RP1RP2RP3RF RNUOIUREFA我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 分析倒分析倒T型电阻网络，不难看出：无论模拟开关的状态如型电阻网络，不难看出：无论模拟开关的状态如何，从任何一个节点（何，从任何一个节点（P0、P1、P2、P3）向上或向左看去的等）向上或向

25、左看去的等效电阻均为效电阻均为R。因此我们可以计算出基准电压源。因此我们可以计算出基准电压源UREF的输出电的输出电流流I=UREF/R，并且每流经一个节点时就产生，并且每流经一个节点时就产生1/2分流，分流， 则各支则各支路的电流分别为：路的电流分别为：I0= I/24，I1= I/23， I2= I/22， I3= I/21。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 根据叠加原理，对于任意输入的一个二进制数根据叠加原理，对于任意输入的一个二进制数(D3D2D1D0)2， 流向求和放大器的电流流

26、向求和放大器的电流I应为：应为：3043322110043210221)2222(21iiiREFREFDRUDDDDRUIIIII求和放大器的反馈电阻求和放大器的反馈电阻RF = R，则输出电压，则输出电压UO为为:30422iiiREFFODURIU(10.1.11)(10.1.12)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 与与T型电阻网络型电阻网络DAC电路相比，电路相比， 倒倒T型电阻网络型电阻网络DAC电电路的突出优点在于：无论输入信号如何变化，流过基准电压源、路的突出优点在于：无论输入

27、信号如何变化，流过基准电压源、模拟开关以及各电阻支路的电流均保持恒定，电路中各节点的模拟开关以及各电阻支路的电流均保持恒定，电路中各节点的电压也保持不变，这有利于提高电压也保持不变，这有利于提高DAC的转换速度。的转换速度。 再加上倒再加上倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路只有两种电阻值和它便于集成的优点，电路只有两种电阻值和它便于集成的优点，使其成为目前集成使其成为目前集成DAC中应用最多的转换电路。中应用最多的转换电路。 推广到推广到n位位T型电阻网络型电阻网络DAC电路，可得电路，可得1022niiinREFODUU(10.1.13)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在

28、这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4. 双极性双极性DAC电路电路 偏移二进制码是在带符号二进制码的基础上加上一个偏偏移二进制码是在带符号二进制码的基础上加上一个偏移量得到的。移量得到的。n位二进制数位二进制数D 的偏移二进制码为的偏移二进制码为 DB = DC2n (10.1. 14) 式中式中2n 就是偏移量，就是偏移量，DC是是n位二进制数位二进制数D 的补码。例如的补码。例如一个正的一个正的3位二进制数位二进制数D = (+110)2，其补码为，其补码为(0110)2，则对应，则对应的偏移二进制码为：的偏移二进制码为： DB = (011

29、0)2 + (1000)2 = (1110)2若若D = (-110)2，其补码为，其补码为(1010)2，则对应的偏移二进制码为：，则对应的偏移二进制码为： DB = (1010)2 + (1000)2 = (0010)2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物表表10.1.1 无符号二进制数、偏移二进制码和补码对应的输出无符号二进制数、偏移二进制码和补码对应的输出我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生

30、物图图 10.1.8 偏移二进制输入的倒偏移二进制输入的倒T型电阻网络双极性型电阻网络双极性DAC电路原理图电路原理图I2I1I02RS0S1S2(LSB)D1D22R2R2RP0RP1RP2RFNUoIUREFD0IIBUBA(MSB)RB我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 从表从表10.1. 1中可以看出，为了得到应该输出的电压，只要中可以看出，为了得到应该输出的电压，只要保证输入保证输入D2D1D0=100时输出电压时输出电压UO = 0即可。为此，在求和即可。为此，在求和放大器的输入端

31、增加了偏移电压放大器的输入端增加了偏移电压UB和偏移电阻和偏移电阻RB。根据图。根据图10.1. 8所示电路，所示电路， 为了使输入为了使输入D2D1D0=100时输出电时输出电UO = 0，电流电流I和偏移电流和偏移电流IB之和必须为零，则有：之和必须为零，则有： RURUREFBB2 偏移电压源和基准电压源的极性相反。当偏移电压源和基准电压源的极性相反。当UREF为正电源为正电源时，输出电压和输入偏移二进制码的极性一致；当时，输出电压和输入偏移二进制码的极性一致；当UREF为负为负电源时，电源时， 输出电压和输入偏移二进制码的极性相反。输出电压和输入偏移二进制码的极性相反。 (10.1.

32、15)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物10.1.3 集成集成DAC的主要技术指标的主要技术指标 1. 最小输出电压最小输出电压ULSB和满量程输出电压和满量程输出电压UFSR 最小输出电压最小输出电压ULSB是指输入数字量只有最低位为是指输入数字量只有最低位为1时，时，DAC所输出的模拟电压的幅度。或者说，就是当输入数字量的最低所输出的模拟电压的幅度。或者说，就是当输入数字量的最低位的状态发生变化时（由位的状态发生变化时（由0变成变成1或由或由1变成变成0），所引起的输出），所引起的输出模拟

33、电压的变化量。对于模拟电压的变化量。对于n位位DAC电路，最小输出电压电路，最小输出电压ULSB为：为：nREFLSBUU2|(10.1.16)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 满量程输出电压满量程输出电压UFSR定义为：输入数字量的所有位均为定义为：输入数字量的所有位均为1时，时，DAC输出模拟电压的幅度。有时也把输出模拟电压的幅度。有时也把UFSR称为最大输出称为最大输出电压电压Umax。对于。对于n位位DAC电路，满量程输出电压电路，满量程输出电压UFSR为：为：|212REFnnFS

34、RUU 对于电流输出的对于电流输出的DAC，则有，则有ILSB和和IFSR两个概念，其含义两个概念，其含义与与ULSB和和UFSR相对应。有时也将相对应。有时也将ULSB和和ILSB简称为简称为LSB，将，将 UFSR和和IFSR简称为简称为FSR（Full Scale Range）。）。(10.1.17)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 2. 转换精度转换精度 D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。 1） 分辨率分辨率 分辨率是指

35、分辨率是指DAC能够分辨最小电压的能力，它是能够分辨最小电压的能力，它是D/A转换器转换器在理论上所能达到的精度，我们将其定义为在理论上所能达到的精度，我们将其定义为DAC的最小输出电的最小输出电压和最大输出电压之比，压和最大输出电压之比， 即即121nFSRLSBUU分辨率显然，显然，DAC的位数的位数n越大，分辨率越高。正因为如此，在实际的越大，分辨率越高。正因为如此，在实际的集成集成DAC产品的参数表中，有时直接将产品的参数表中，有时直接将2n或或n作为作为DAC的分辨率。的分辨率。 例如：例如：8位位DAC的分辨率为的分辨率为28或或8位。位。(10.1.18)我吓了一跳，蝎子是多么丑

36、恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 2） 转换误差转换误差 由于由于DAC的各个环节在参数和性能上与理论值之间不可避免地存在着差的各个环节在参数和性能上与理论值之间不可避免地存在着差异，所以它在实际工作中并不能达到理论上的精度。异，所以它在实际工作中并不能达到理论上的精度。 转换误差就是用来描述转换误差就是用来描述DAC输出模拟信号的理论值和实际值之间差别的一个综合性指标。输出模拟信号的理论值和实际值之间差别的一个综合性指标。 DAC的转换误差一般有两种表示方式：的转换误差一般有两种表示方式： 绝对误差和相对误差。所

37、谓绝绝对误差和相对误差。所谓绝对误差，就是实际值与理论值之间的最大差值，对误差，就是实际值与理论值之间的最大差值， 通常用最小输出值通常用最小输出值LSB的倍的倍数来表示。例如：转换误差为数来表示。例如：转换误差为0.5 LSB， 表明输出信号的实际值与理论值之表明输出信号的实际值与理论值之间的最大差值不超过最小输出值的一半。相对误差是指绝对误差与间的最大差值不超过最小输出值的一半。相对误差是指绝对误差与DAC满量满量程输出值程输出值FSR的比值，以的比值，以FSR的百分比来表示。例如：转换误差为的百分比来表示。例如：转换误差为0.02%FSR， 表示输出信号的实际值与理论值之间的最大差值是满

38、量程输出表示输出信号的实际值与理论值之间的最大差值是满量程输出值的值的0.02%。由于转换误差的存在，转换精度只讲位数就是片面的，。由于转换误差的存在，转换精度只讲位数就是片面的， 因为转因为转换误差大于换误差大于1LSB时，理论精度就没有意义了。时，理论精度就没有意义了。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 造成造成DAC转换误差的原因有多种，如参考电压转换误差的原因有多种，如参考电压UREF的波动、的波动、运算放大器的零点漂移、模拟开关的导通内阻和导通压降、电阻运算放大器的零点漂移、模拟开

39、关的导通内阻和导通压降、电阻解码网络中电阻阻值的偏差等等。解码网络中电阻阻值的偏差等等。 比例系数误差：是指由于比例系数误差：是指由于DAC实际的比例系数与理想的实际的比例系数与理想的比例系数之间存在偏差，而引起的输出模拟信号的误差，比例系数之间存在偏差，而引起的输出模拟信号的误差， 也称也称为增益误差或斜率误差，如图为增益误差或斜率误差，如图10.1. 9所示。这种误差使得所示。这种误差使得DAC的的每一个模拟输出值都与相应的理论值相差同一百分比，每一个模拟输出值都与相应的理论值相差同一百分比， 即输入即输入的数字量越大，输出模拟信号的误差也就越大。根据以上几种的数字量越大，输出模拟信号的误

40、差也就越大。根据以上几种DAC电路的分析可知，参考电压电路的分析可知，参考电压UREF的波动和运算放大器的闭的波动和运算放大器的闭环增益偏离理论值是引起这种误差的主要原因。环增益偏离理论值是引起这种误差的主要原因。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图 10.1.9 3位位DAC的比例系数误差的比例系数误差000001010011 100101110111UO理想特性实际特性D我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：

41、表里边有一个活的生物 失调误差：失调误差： 也称为零点误差或平移误差，也称为零点误差或平移误差， 它是指当输入数字量的它是指当输入数字量的所有位都为所有位都为0时，时，DAC的输出电压与理想情况下的输出电压的输出电压与理想情况下的输出电压（应为（应为0）之差。）之差。 造成这种误差的原因是运算放大器的零点造成这种误差的原因是运算放大器的零点漂移，它与输入的数字量无关。漂移，它与输入的数字量无关。 这种误差使得这种误差使得DAC实际的实际的转换特性曲线相对于理想的转换特性曲线发生了平移（向转换特性曲线相对于理想的转换特性曲线发生了平移（向上或向下），如图上或向下），如图10.1. 10所示。所示

42、。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图 10.1.10 3位位DAC的失调误差的失调误差000001010011 100101110111UO理想特性实际特性D我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 非线性误差：非线性误差： 是指一种没有一定变化规律的误差，它既不是常数也不与是指一种没有一定变化规律的误差，它既不是常数也不与输入数字量成比例，通常用偏离理想转换特性的最大值来表示。输入数字量成比

43、例，通常用偏离理想转换特性的最大值来表示。这种误差使得这种误差使得DAC理想的线性转换特性变为非线性，如图理想的线性转换特性变为非线性，如图10.1. 11所示。所示。 造成这种误差的原因有很多，造成这种误差的原因有很多， 如模拟开关的导通电如模拟开关的导通电阻和导通压降不可能绝对为零，而且各个模拟开关的导通电阻阻和导通压降不可能绝对为零，而且各个模拟开关的导通电阻也未必相同；也未必相同； 再如电阻网络中的电阻阻值存在偏差，再如电阻网络中的电阻阻值存在偏差， 各个电各个电阻支路的电阻偏差以及对输出电压的影响也不一定相同等等，阻支路的电阻偏差以及对输出电压的影响也不一定相同等等，这些都会导致输出

44、模拟电压的非线性误差。这些都会导致输出模拟电压的非线性误差。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图 10.1.11 3位位DAC的非线性误差的非线性误差000001010011 100101110111UO理想特性实际特性D我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 3 转换速度转换速度 通常用建立时间（通常用建立时间（Setting Time）和转换速率来描述）和转换速率来描述DAC的的转换速度。转

45、换速度。 当当DAC输入的数字量发生变化后，输入的数字量发生变化后， 输出的模拟量并不能立输出的模拟量并不能立即达到所对应的数值，它需要一段时间，我们将这段时间称为即达到所对应的数值，它需要一段时间，我们将这段时间称为建立时间。由于数字量的变化量越大，建立时间。由于数字量的变化量越大，DAC所需要的建立时间所需要的建立时间越长，所以在集成越长，所以在集成DAC产品的性能表中，建立时间通常是指输产品的性能表中，建立时间通常是指输入数字量从全入数字量从全0突变到全突变到全1或从全或从全1突变到全突变到全0开始，开始， 输出模拟量输出模拟量进入到规定的误差范围内的时间。误差范围一般取进入到规定的误差

46、范围内的时间。误差范围一般取LSB/2。 建立时间的倒数即为转换速率，建立时间的倒数即为转换速率， 也就是每秒钟也就是每秒钟DAC至少可至少可进行的转换次数。进行的转换次数。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物10.1.4 集成集成DAC芯片的选择与使用芯片的选择与使用 1 DAC芯片的选择原则芯片的选择原则 目前，目前， 集成集成DAC技术发展很快，技术发展很快， 国内外市场上的集成国内外市场上的集成DAC产品有几百种之多，性能各不相同，可以满足不同要产品有几百种之多，性能各不相同，可以满足

47、不同要求的应用场合。求的应用场合。 在选择在选择DAC芯片时，芯片时， 主要从以下几个方面考虑：主要从以下几个方面考虑： DAC的转换精度。的转换精度。 这是这是DAC最重要的技术指标，最重要的技术指标， 如如前所述，前所述， 应该从应该从DAC的位数（理论精度）和转换误差两个的位数（理论精度）和转换误差两个方面综合考虑。方面综合考虑。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 DAC的转换速度。按照建立时间的大小，的转换速度。按照建立时间的大小，DAC可以分可以分成若干类。建立时间大于成若干类。建

48、立时间大于300 s的属于低速型，目前已较少见；的属于低速型，目前已较少见；建立时间为建立时间为10300s的属于中速型；建立时间在的属于中速型；建立时间在0.0110 s的为高速型；建立时间小于的为高速型；建立时间小于0.01 s的为超高速型。的为超高速型。 输入数字量的特征。输入数字量的特征。 输入数字量的特征是指数字量的输入数字量的特征是指数字量的编码方式（自然二进制码、补码、偏移二进制码、编码方式（自然二进制码、补码、偏移二进制码、 BCD码码等）、等）、 数字量的输入方式（串行输入或并行输入）以及逻辑数字量的输入方式（串行输入或并行输入）以及逻辑电平的类型（电平的类型（TTL电平、电

49、平、 CMOS电平或电平或ECL电平等）。电平等）。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 输出模拟量的特征。输出模拟量的特征。 输出模拟量的特征是指输出模拟量的特征是指DAC是是电压输出还是电流输出，以及输出模拟量的范围。电压输出还是电流输出，以及输出模拟量的范围。 工作环境要求。这里主要是指工作环境要求。这里主要是指DAC的工作电压、的工作电压、 参参考电源、考电源、 工作温度、工作温度、 功耗、功耗、 封装以及可靠性等性能要与应封装以及可靠性等性能要与应用系统相适应。用系统相适应。 我吓了

50、一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 2 DAC0832简介简介 DAC0832是由美国国家半导体公司（是由美国国家半导体公司（NSC）生产的）生产的8位位D/A转换器，转换器， 芯片内采用芯片内采用CMOS工艺。该器件可以直接与工艺。该器件可以直接与Z80、8051、 8085等微处理器接口相连，是目前微机控制系等微处理器接口相连，是目前微机控制系统中常用的统中常用的D/A转换芯片。转换芯片。 1） DAC0832的性能的性能 DAC0832的主要性能参数如下：的主要性能参数如下： 并行并行8位位D