《第20讲数模转换器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第20讲数模转换器.ppt（59页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第20讲数模转换器现在学习的是第1页，共59页第第10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现在学习的是第2页，共59页10.1 数模转换器数模转换器10.1.1 数模转换的基本概念数模转换的基本概念 数数模模转转换换器器的的原原理理框框图图如如图图10.1.1所所示示。其其中中D（Dn-1Dn-2.D1D0）为为输输入入的的n位位二二进进制制数数，SA为为输输出出的的模模拟拟信信号号（模模拟拟电电压压UA或或模模拟拟电电流流IA），UREF为为实实现现数数/模模转转换换所所必必需需的的参参考考电电压压（也也称称基基准
2、准电电压压）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式式中中，K为为比比例例系系数数，不不同同的的DAC有有各各自自不不同同的的K值值；D为为输输入入的的n位位二二进制数所对应的十进制数值。进制数所对应的十进制数值。(10.1.1)现在学习的是第3页，共59页图图 10.1.1 DAC的原理框图的原理框图现在学习的是第4页，共59页如果假设(10.1.2)则式10.1.1可变为(10.1.3)另另外外必必须须指指出出，n位位二二进进制制代代码码有有2n种种不不同同的的组组合合，从从而而对对应应有有2n个个模模拟拟电电压压（或或电电流流）值值，所
3、所以以严严格格地地讲讲DAC的的输输出出并并非非真真正正的的模模拟拟信信号，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。现在学习的是第5页，共59页 一一个个n位位D/A转转换换电电路路的的结结构构框框图图如如图图10.1.2所所示示，它它主主要要由由输输入入数数码码寄寄存存器器、数数控控模模拟拟开开关关、电电阻阻解解码码网网络络、求求和和电电路路、参参考考电电压压及及逻逻辑辑控控制制电电路路组组成成。输输入入的的数数字字信信号号可可以以串串行行或或并并行行方方式式输输入入；数数字字信信号号输输入入后后首首先先存存储储在在输输入入寄寄存存器器内内，寄寄存存器器并并行行输输出
4、出的的每每一一位位驱驱动动一一个个数数控控模模拟拟开开关关，使使电电阻阻解解码码网网络络将将每每一一位位数数码码翻翻译译成成相相应应大大小小的的模模拟拟量量，并并送送给给求求和和电电路路；求求和和电电路路将将各各位位数数码码所所代代表表的的模模拟拟量量相相加加便便得得到到与与数数字字量量相相对对应应的的模模拟拟量量。DAC的的核核心心电电路路是是电电阻阻解解码码网网络络，下下面面将将主主要要介介绍绍电电阻阻解解码码网网络络这这部部分分电电路路的的工工作作原原理理。现在学习的是第6页，共59页图图 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
5、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现在学习的是第7页，共59页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所所示示是是4位位权权电电阻阻网网络络DAC电电路路的的原原理理图图，该该电电路路由由四部分构成：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现在学习的是第8页，共59页 权权电电阻阻网网络络。该该电电阻阻网网络络由由四四个个电电阻阻构构成成，它它们们的的阻阻值值分分别别与输入的四位二进制数一一对
6、应，满足以下关系：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）式式中中，n为为输输入入二二进进制制数数的的位位数数，Ri为为与与二二进进制制数数Di位位相相对对应应的的电电阻阻值值，而而2i则则为为Di位位的的权权值值，所所以以可可以以看看出出二二进进制制数数的的某某一一位位所所对对应应的的电电阻阻的的大大小小与与该该位位的的权权值值成成反反比比，这这就就是是权权电电阻阻网网络络名名称称的的由由来来。例例如如在在图图10.1.3中中，最最高高位位D3所所对对应应的的电电阻阻R3=R。现在学习的是第9页，共59页 模模拟拟开开关关。每每一一个个电电阻阻都都有
7、有一一个个单单刀刀双双掷掷的的模模拟拟开开关关与与其其串串联联，4个个模模拟拟开开关关的的状状态态分分别别由由4位位二二进进制制数数码码控控制制。当当Di=0时时，开开关关Si打打到到右右边边，使使电电阻阻Ri接接地地；当当Di=1时时，开开关关Si打到左边，使电阻打到左边，使电阻Ri接接UREF。基基准准电电压压源源UREF。作作为为A/D转转换换的的参参考考值值，要要求求其其准准确确度度高高、稳定性好。稳定性好。求求和和放放大大器器。通通常常由由运运算算放放大大器器构构成成，并并接接成成反反相相放放大器的形式。大器的形式。现在学习的是第10页，共59页 为为了了简简化化分分析析，在在本本章
8、章中中将将运运算算放放大大器器近近似似看看成成是是理理想想的的放放大大器器，即即它它的的开开环环放放大大倍倍数数为为无无穷穷大大，输输入入电电流流为为零零（输输入入电电阻阻无无穷穷大大），输输出出电电阻阻为为零零。由由于于N点点为为虚虚地地，当当Di=0时时，相相应应的的电电阻阻Ri上上没没有有电电流流；当当Di=1时时，电电阻阻Ri上上有有电电流流流流过过，大大小小为为Ii=UREF/Ri。根根据据叠叠加加原原理理，对对于于任任意意输输入入的的一一个个二二进进制制(D3D2D1D0)2，应有，应有(10.1.5)现在学习的是第11页，共59页求和放大器的反馈电阻求和放大器的反馈电阻RF=R/
9、2，则输出电压，则输出电压UO为为推广到推广到n位权电阻网络位权电阻网络DAC电路，可得电路，可得(10.1.6)(10.1.7)由由式式10.1.6和和式式10.1.7可可以以看看出出，权权电电阻阻网网络络电电路路的的输输出出电电压压和和输输入入数数字字量量之之间间的的关关系系与与式式10.1.3的的描描述述完完全全一一致致。这这里里的的比比例例系系数数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。现在学习的是第12页，共59页 权权电电阻阻网网络络DAC电电路路的的优优点点是是结结构构简简单单，所所用用的的电电阻阻个个数数比比较较少少。它它的的缺缺点点是是
10、电电阻阻的的取取值值范范围围太太大大，这这个个问问题题在在输输入入数数字字量量的的位位数数较较多多时时尤尤其其突突出出。例例如如当当输输入入数数字字量量的的位位数数为为12位位时时，最最大大电电阻阻与与最最小小电电阻阻之之间间的的比比例例达达到到2048 1，要要在在如如此此大大的的范范围内保证电阻的精度，对于集成围内保证电阻的精度，对于集成DAC的制造是十分困难的。的制造是十分困难的。现在学习的是第13页，共59页 2.T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路 图图10.1.4所所示示为为4位位T型型电电阻阻网网络络DAC电电路路的的原原理理图图，它它克克服服了了权权电电阻阻网网络络DAC电电路
11、路的的缺缺点点，无无论论DAC有有多多少少位位，电电阻阻网网络络中中只只有有R和和2R两两种种电电阻阻，但但电电阻阻的的个个数数却却比比相相同同位位数数的的权权电电阻阻网网络络DAC增加了一倍。增加了一倍。T型型电电阻阻网网络络DAC电电路路也也由由四四部部分分构构成成，它它们们是是：R-2R电电阻阻网网络络、单单刀刀双双掷掷模模拟拟开开关关（S0、S1、S2和和S3）、基基准准电电压压REF和求和放大器。和求和放大器。现在学习的是第14页，共59页图图 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现在学习的是第15页，共59页 4个个模模拟拟开开关关由由4位位二二进进制制数
12、数码码分分别别控控制制，当当Di=0时时，对对应应的的开开关关Si打打到到右右边边，使使与与之之相相串串联联的的2R电电阻阻接接地地；当当Di=1时时，开开关关Si打打到到左边，使左边，使2R电阻接基准电压电阻接基准电压UREF。该电路在结构上有以下特点：。该电路在结构上有以下特点：如如果果不不考考虑虑基基准准电电压压源源UREF的的内内阻阻，那那么么无无论论模模拟拟开开关关的的状状态态如如何何，从从T型型电电阻阻网网络络的的节节点点（P0、P1、P2、P3）向向左左、向向右右或或向向下下看看的的等等效效电电阻阻都都等等于于2R，则则从从运运算算放放大大器器的的虚虚地地点点N向向左左看看去去，
13、T型型电电阻阻网络的等效电阻等于网络的等效电阻等于3R。当当任任意意一一位位Di=1，其其余余位位Dj=0时时，我我们们可可以以根根据据图图10.1.5所所示示的的等等效效电电路路，计计算算出出流流过过该该2R电电阻阻支支路路的的电电流流Ii=UREF/3R，并并且且这这部部分分电电流流每每流流进进一一个个节节点点时时，都都会会向向另另外外两两个个方方向向分分流流，分分流流系系数数为为1/2。现在学习的是第16页，共59页图图 10.1.5 Pi节点等效电路节点等效电路现在学习的是第17页，共59页 例例如如，当当只只有有D0=1时时（即即只只有有开开关关S0接接UREF，其其余余的的开开关关
14、都都接接地地），其其等等效效电电路路如如图图10.1.6所所示示。可可以以看看出出，经经S0流流出出的的电电流流I0=REF/3R，它它要要经经过过四四个个节节点点的的分分流流才才能能到到达达求求和和放放大大器器。在在每每一一节节点点处处，由由于于向向右右和和向向下下看看的的等等效效电电阻阻都都是是2R，所所以以在在每每一一节节点点分分流时的分流系数都是流时的分流系数都是1/2。因而，流向求和放大器的电流。因而，流向求和放大器的电流I0应为应为I0/24。现在学习的是第18页，共59页图图 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现在学习的是第19页，
15、共59页 同理，当同理，当D1、D2、D3各自单独为各自单独为1时，流向求和放大器的电流分别时，流向求和放大器的电流分别为：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（根据叠加原理，对任意输入的一个二进制数（D3D2D1D0)2，流向流向求和放大器的电流求和放大器的电流I应为：应为：(10.1.8)现在学习的是第20页，共59页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: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(10.1.9)(10.1.10)现在学习的是第21页，共59页 3.倒
16、倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路 图图10.1.7所所示示为为4位位倒倒T型型电电阻阻网网络络DAC电电路路的的原原理理图图，它它同同样样由由R-2R电电阻阻网网络络、单单刀刀双双掷掷模模拟拟开开关关（S0、S1、S2和和S3）、基基准准电电压压UREF和和求求和和放放大大器器四四部部分分构构成成。它它与与T型型电电阻阻网网络络DAC电电路路的的区区别在于：别在于：电阻网络呈倒电阻网络呈倒T型分布。型分布。模模拟拟开开关关的的位位置置发发生生了了变变化化。在在T型型电电阻阻网网络络DAC电电路路中中，模模拟拟开开关关位位于于基基准准电电压压源源和和电电阻阻网网络络之之间间，并并在在基基准
17、准电电压压和和地地之之间间切切换换；而而在在倒倒T型型电电阻阻网网络络DAC电电路路中中，模模拟拟开开关关位位于于电电阻阻网网络络和和求求和和放放大大器器之之间间，并并在在求求和和放放大大器器的的虚虚地地N和和地地之之间间切切换换。当当Di=1时，时，Si接虚地；当接虚地；当Di=0时，时，Si接地。接地。现在学习的是第22页，共59页图图 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现在学习的是第23页，共59页 分分析析倒倒T型型电电阻阻网网络络，不不难难看看出出：无无论论模模拟拟开开关关的的状状态态如如何何，从从任任何何一一个个节节点点（P0、P1、P2、P3）向向
18、上上或或向向左左看看去去的的等等效效电电阻阻均均为为R。因因此此我我们们可可以以计计算算出出基基准准电电压压源源UREF的的输输出出电电流流I=UREF/R，并并且且每每流流经经一一个个节节点点时时就就产产生生1/2分分流流，则则各各支支路路的的电电流流分分别别为为：I0=I/24，I1=I/23，I2=I/22，I3=I/21。现在学习的是第24页，共59页 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，流向流向求和放大器的电流求和放大器的电流I应为：应为：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
19、为:(10.1.11)(10.1.12)现在学习的是第25页，共59页 与与T型型电电阻阻网网络络DAC电电路路相相比比，倒倒T型型电电阻阻网网络络DAC电电路路的的突突出出优优点点在在于于：无无论论输输入入信信号号如如何何变变化化，流流过过基基准准电电压压源源、模模拟拟开开关关以以及及各各电电阻阻支支路路的的电电流流均均保保持持恒恒定定，电电路路中中各各节节点点的的电电压压也也保保持持不不变变，这这有有利利于于提提高高DAC的的转转换换速速度度。再再加加上上倒倒T型型电电阻阻网网络络DAC电电路路只只有有两两种种电电阻阻值值和和它它便便于于集集成成的的优优点点，使使其其成成为为目目前前集集成
20、成DAC中中应应用用最最多多的的转转换电路。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(10.1.13)现在学习的是第26页，共59页4.双极性双极性DAC电路电路 偏偏移移二二进进制制码码是是在在带带符符号号二二进进制制码码的的基基础础上上加加上上一一个个偏偏移移量量得到的。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)式式中中2n 就就是是偏偏移移量量，DC是是n位位二二进进制制数数D 的的补补码码。例例如如一一个个正正的的3位位二二进进制制数数D=(+110)2，其其补补码码为为(0110)2，则则对
21、对应应的的偏偏移移二二进进制制码码为：为：DB=(0110)2+(1000)2=(1110)2若若D=(-110)2，其其 补补 码码 为为(1010)2，则则 对对 应应 的的 偏偏 移移 二二 进进 制制 码码 为为：DB=(1010)2+(1000)2=(0010)2现在学习的是第27页，共59页表表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现在学习的是第28页，共59页图图 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)D1D
22、22R2R2RP0RP1RP2RFNUoIUREFD0IIBUBA(MSB)RB现在学习的是第29页，共59页 从从表表10.1.1中中可可以以看看出出，为为了了得得到到应应该该输输出出的的电电压压，只只要要保保证证输输入入D2D1D0=100时时输输出出电电压压UO=0即即可可。为为此此，在在求求和和放放大大器器的的输输入入端端增增加加了了偏偏移移电电压压UB和和偏偏移移电电阻阻RB。根根据据图图10.1.8所所示示电电路路，为为了了使使输输入入D2D1D0=100时时输输出出电电UO=0，电电流流I和和偏偏移移电电流流IB之之和和必必须为零，则有：须为零，则有：偏偏移移电电压压源源和和基基
23、准准电电压压源源的的极极性性相相反反。当当UREF为为正正电电源源时时，输输出出电电压压和和输输入入偏偏移移二二进进制制码码的的极极性性一一致致；当当UREF为为负负电电源源时时，输输出出电压和输入偏移二进制码的极性相反。电压和输入偏移二进制码的极性相反。(10.1.15)现在学习的是第30页，共59页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
24、位的状态发生的模拟电压的幅度。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），所引起的输出模拟电压的变化量。对），所引起的输出模拟电压的变化量。对于于n位位DAC电路，最小输出电压电路，最小输出电压ULSB为：为：(10.1.16)现在学习的是第31页，共59页 满满量量程程输输出出电电压压UFSR定定义义为为：输输入入数数字字量量的的所所有有位位均均为为1时时，DAC输输出出模模拟拟电电压压的的幅幅度度。有有时时也也把把UFSR称称为为最最大大输输出出电电压压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
25、：对对于于电电流流输输出出的的DAC，则则有有ILSB和和IFSR两两个个概概念念，其其含含义义与与ULSB和和UFSR相相对对应应。有有时时也也将将ULSB和和ILSB简简称称为为LSB，将将 UFSR和和IFSR简称为简称为FSR（Full Scale Range）。）。(10.1.17)现在学习的是第32页，共59页 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 分分辨辨率率是是指指DAC能能够够分分辨辨最最小小电电压压的的能能力力，它它是是D/A转转换换器器在在理理论论上上所所能能达达到到的的精
26、精度度，我我们们将将其其定定义义为为DAC的的最最小小输输出出电电压压和和最最大大输输出出电电压压之比，之比，即即显显然然，DAC的的位位数数n越越大大，分分辨辨率率越越高高。正正因因为为如如此此，在在实实际际的的集集成成DAC产产品品的的参参数数表表中中，有有时时直直接接将将2n或或n作作为为DAC的的分分辨辨率率。例例如如：8位位DAC的分辨率为的分辨率为28或或8位。位。(10.1.18)现在学习的是第33页，共59页 2）转换误差转换误差 由由于于DAC的的各各个个环环节节在在参参数数和和性性能能上上与与理理论论值值之之间间不不可可避避免免地地存存在在着着差差异异，所所以以它它在在实实
27、际际工工作作中中并并不不能能达达到到理理论论上上的的精精度度。转转换换误误差差就就是是用用来来描描述述DAC输输出出模模拟拟信信号号的的理理论值和实际值之间差别的一个综合性指标。论值和实际值之间差别的一个综合性指标。DAC的的转转换换误误差差一一般般有有两两种种表表示示方方式式：绝绝对对误误差差和和相相对对误误差差。所所谓谓绝绝对对误误差差，就就是是实实际际值值与与理理论论值值之之间间的的最最大大差差值值，通通常常用用最最小小输输出出值值LSB的的倍倍数数来来表表示示。例例如如：转转换换误误差差为为0.5 LSB，表表明明输输出出信信号号的的实实际际值值与与理理论论值值之之间间的的最最大大差差
28、值值不不超超过过最最小小输输出出值值的的一一半半。相相对对误误差差是是指指绝绝对对误误差差与与DAC满满量量程程输输出出值值FSR的的比比值值，以以FSR的的百百分分比比来来表表示示。例例如如：转转换换误误差差为为0.02%FSR，表表示示输输出出信信号号的的实实际际值值与与理理论论值值之之间间的的最最大大差差值值是是满满量量程程输输出出值值的的0.02%。由由于于转转换换误误差差的的存存在在，转转换换精精度度只只讲讲位位数数就就是是片片面面的的，因因为为转转换换误误差大于差大于1LSB时，理论精度就没有意义了。时，理论精度就没有意义了。现在学习的是第34页，共59页 造造成成DAC转转换换误
29、误差差的的原原因因有有多多种种，如如参参考考电电压压UREF的的波波动动、运运算算放放大大器器的的零零点点漂漂移移、模模拟拟开开关关的的导导通通内内阻阻和和导导通通压压降降、电电阻阻解解码码网网络络中中电阻阻值的偏差等等。电阻阻值的偏差等等。比比例例系系数数误误差差：是是指指由由于于DAC实实际际的的比比例例系系数数与与理理想想的的比比例例系系数数之之间间存存在在偏偏差差，而而引引起起的的输输出出模模拟拟信信号号的的误误差差，也也称称为为增增益益误误差差或或斜斜率率误误差差，如如图图10.1.9所所示示。这这种种误误差差使使得得DAC的的每每一一个个模模拟拟输输出出值值都都与与相相应应的的理理
30、论论值值相相差差同同一一百百分分比比，即即输输入入的的数数字字量量越越大大，输输出出模模拟拟信信号号的的误误差差也也就就越越大大。根根据据以以上上几几种种DAC电电路路的的分分析析可可知知，参参考考电电压压UREF的的波波动动和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。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。现在学习的是第35页，共59页图图 10.1.9 3位位DAC的比例系数误差的比例系数误差现在学习的是第36页，共59页 失调误差：失调误差：也也称称为为零零点点误误差差或或平平移移误误差差，它它是是指指当当输输入入数数字字量量的的所所有有位位都都为为0时时
31、，DAC的的输输出出电电压压与与理理想想情情况况下下的的输输出出电电压压（应应为为0）之之差差。造造成成这这种种误误差差的的原原因因是是运运算算放放大大器器的的零零点点漂漂移移，它它与与输输入入的的数数字字量量无无关关。这这种种误误差差使使得得DAC实实际际的的转转换换特特性性曲曲线线相相对对于于理理想想的的转转换换特特性性曲曲线线发发生生了了平平移移（向向上上或或向向下下），如如图图10.1.10所示。所示。现在学习的是第37页，共59页图图 10.1.10 3位位DAC的失调误差的失调误差现在学习的是第38页，共59页 非线性误差：非线性误差：是是指指一一种种没没有有一一定定变变化化规规律
32、律的的误误差差，它它既既不不是是常常数数也也不不与与输输入入数数字字量量成成比比例例，通通常常用用偏偏离离理理想想转转换换特特性性的的最最大大值值来来表表示示。这这种种误误差差使使得得DAC理理想想的的线线性性转转换换特特性性变变为为非非线线性性，如如图图10.1.11所所示示。造造成成这这种种误误差差的的原原因因有有很很多多，如如模模拟拟开开关关的的导导通通电电阻阻和和导导通通压压降降不不可可能能绝绝对对为为零零，而而且且各各个个模模拟拟开开关关的的导导通通电电阻阻也也未未必必相相同同；再再如如电电阻阻网网络络中中的的电电阻阻阻阻值值存存在在偏偏差差，各各个个电电阻阻支支路路的的电电阻阻偏偏
33、差差以以及及对对输输出出电电压压的的影响也不一定相同等等，这些都会导致输出模拟电压的非线性误差。影响也不一定相同等等，这些都会导致输出模拟电压的非线性误差。现在学习的是第39页，共59页图图 10.1.11 3位位DAC的非线性误差的非线性误差现在学习的是第40页，共59页 3 转换速度转换速度 通通常常用用建建立立时时间间（Setting Time）和和转转换换速速率率来来描描述述DAC的的转转换换速度。速度。当当DAC输输入入的的数数字字量量发发生生变变化化后后，输输出出的的模模拟拟量量并并不不能能立立即即达达到到所所对对应应的的数数值值，它它需需要要一一段段时时间间，我我们们将将这这段段
34、时时间间称称为为建建立立时时间间。由由于于数数字字量量的的变变化化量量越越大大，DAC所所需需要要的的建建立立时时间间越越长长，所所以以在在集集成成DAC产产品品的的性性能能表表中中，建建立立时时间间通通常常是是指指输输入入数数字字量量从从全全0突突变变到到全全1或或从从全全1突突变变到到全全0开开始始，输输出出模模拟拟量量进进入入到到规规定定的的误误差差范范围围内内的的时时间间。误差范围一般取误差范围一般取LSB/2。建建立立时时间间的的倒倒数数即即为为转转换换速速率率，也也就就是是每每秒秒钟钟DAC至至少少可可进进行行的的转转换次数。换次数。现在学习的是第41页，共59页10.1.4 集成
35、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 目目前前，集集成成DAC技技术术发发展展很很快快，国国内内外外市市场场上上的的集集成成DAC产产品品有有几几百百种种之之多多，性性能能各各不不相相同同，可可以以满满足足不不同同要要求求的的应应用用场场合。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的的转转换换精精度度。这这是是DAC最最重重要要的的技技术术指指标标，如如前前所所述述，应应该该从从DAC的的位位数数（理理论论精精度度）和和转转换换误误差差两两个个方方面面综综合合考考虑。虑。现在学习的是第42页，共5
36、9页 DAC的的转转换换速速度度。按按照照建建立立时时间间的的大大小小，DAC可可以以分分成成若若干干类类。建建立立时时间间大大于于300 s的的属属于于低低速速型型，目目前前已已较较少少见见；建建立立时时间间为为10300s的的属属于于中中速速型型；建建立立时时间间在在0.0110 s的的为为高高速速型型；建建立立时时间间小小于于0.01 s的为超高速型。的为超高速型。输输入入数数字字量量的的特特征征。输输入入数数字字量量的的特特征征是是指指数数字字量量的的编编码码方方式式（自自然然二二进进制制码码、补补码码、偏偏移移二二进进制制码码、BCD码码等等）、数数字字量量的的输输入入方方式式（串串
37、行行输输入入或或并并行行输输入入）以以及及逻逻辑辑电电平平的的类类型型（TTL电电平、平、CMOS电平或电平或ECL电平等）。电平等）。现在学习的是第43页，共59页 输输出出模模拟拟量量的的特特征征。输输出出模模拟拟量量的的特特征征是是指指DAC是是电电压压输输出出还是电流输出，以及输出模拟量的范围。还是电流输出，以及输出模拟量的范围。工工作作环环境境要要求求。这这里里主主要要是是指指DAC的的工工作作电电压压、参参考考电电源源、工工作作温温度度、功功耗耗、封封装装以以及及可可靠靠性性等等性性能能要要与与应应用用系系统统相适应。相适应。现在学习的是第44页，共59页 2 DAC0832简介简
38、介 DAC0832是是由由美美国国国国家家半半导导体体公公司司（NSC）生生产产的的8位位D/A转转换换器器，芯芯片片内内采采用用CMOS工工艺艺。该该器器件件可可以以直直接接与与Z80、8051、8085等等微微处处理理器器接接口口相相连连，是是目目前前微微机机控控制制系系统统中中常常用用的的D/A转转换换芯片。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DAC；TTL标准逻辑电平；标准逻辑电平；现在学习的是第45页，共59页 可单缓冲、可单缓冲、双缓冲或直通数据输入；双缓冲或直通数据输入；单一电源供电单一电源供电515 V；参考
39、电压源参考电压源-10+10 V；转换时间转换时间1 s;线性误差线性误差0.2%FSR;功耗功耗20 mW;工作温度工作温度070。现在学习的是第46页，共59页 2）DAC0832的内部结构和引脚说明的内部结构和引脚说明 图图10.1.12是是DAC0832的的内内部部结结构构框框图图，虚虚框框外外标标注注的的是是外外部部引引脚脚的的标标号号及及名名称称。图图上上可可以以看看出出，电电路路由由8位位输输入入锁锁存存器器、8位位D/A锁锁存存器器、8位位D/A转转换换器器、逻逻辑辑控控制制电电路路以以及及输输出出电电路路的的辅辅助助元元件件Rfb（15 k）构成。）构成。现在学习的是第47页
40、，共59页图 10.1.12 DAC0832的内部组成框图现在学习的是第48页，共59页 控制信号：控制信号：CS、ILE、WR1 这这三三个个信信号号在在一一起起配配合合使使用用，用用于于控控制制对对输输入入锁锁存存器器的的操操作作。CS为为片片选选信信号号，低低电电平平有有效效；ILE为为输输入入锁锁存存允允许许信信号号，高高电电平平有有效效；WR1为为输输入入锁锁存存器器的的写写信信号号，低低电电平平有有效效。只只有有当当CS、ILE、WR1同同时时有有效效时时，输输入入的的数数字字量量才才能写入输入锁存器，并在能写入输入锁存器，并在WR1的上升沿实现数据锁存。的上升沿实现数据锁存。XF
41、ER、WR2这这两两个个信信号号在在一一起起配配合合使使用用，用用于于控控制制对对D/A锁锁存存器器的的操操作作。XFER为为传传送送控控制制信信号号，低低电电平平有有效效；WR2 为为D/A锁锁存存器器的的写写信信号号，低低电电平平有有效效。只只有有当当XFER、WR2同同时时有有效效时时，输输入入锁锁存存器器的的数数字字量量才才能能写写入入到到D/A锁锁存存器器，并并在在WR2的的上升沿实现数据锁存。上升沿实现数据锁存。现在学习的是第49页，共59页 输入数字量输入数字量:DI0DI7是是8位数字量输入（自然二进制码），其中，位数字量输入（自然二进制码），其中，DI0为为最低位，最低位，D
42、I7为最高位。为最高位。输出模拟量输出模拟量:IOUT1是是DAC输出电流输出电流1。当。当D/A锁存器中的数据全为锁存器中的数据全为1时，时，IOUT1最大（满量程输出）；最大（满量程输出）；当当D/A锁存器中的数据全为锁存器中的数据全为0时，时，IOUT1=0。IOUT2是是DAC输出电流输出电流2。IOUT2为一常数（满量程输出电流）与为一常数（满量程输出电流）与IOUT1之差，即之差，即IOUT1+IOUT2=满量程输出电流。满量程输出电流。现在学习的是第50页，共59页 电源、电源、地地:UREF：参参考考电电压压源源。DAC0832需需要要外外接接基基准准电电压压，在在10 V+1
43、0 V范围内取值。范围内取值。UCC：工工作作电电压压源源。工工作作电电压压的的范范围围为为+5 V+15 V，最最佳佳工工作状态时用作状态时用+15 V。DGND、AGND分分别别为为数数字字电电路路地地和和模模拟拟电电路路地地。所所有有数数字字电电路路的的地地线线均均接接到到DGND，所所有有模模拟拟电电路路的的地地线线均均接接到到AGND，并并且且就就近将近将DGND和和AGND在一点且只能在一点短接，以减少干扰。在一点且只能在一点短接，以减少干扰。现在学习的是第51页，共59页 其它其它:Rfb为为反反馈馈电电阻阻连连线线端端。DAC0832为为电电流流输输出出型型D/A转转换换器器，
44、所所以以要要获获得得模模拟拟电电压压输输出出时时，需需要要外外接接运运算算放放大大器器，但但运运算算放放大大器器的的反馈电阻不需要外接，在芯片内部已集成了一个反馈电阻不需要外接，在芯片内部已集成了一个15 k的反馈电阻。的反馈电阻。现在学习的是第52页，共59页3）DAC0832的工作原理图图 10.1.13 DAC0832中的中的D/A转换电路转换电路II7I6I5I02RS0S5S6S7(LSB)D5D6D72R2R2R2RP0RP5RP6RP7UoIOUT1UREFD0(MSB)RfbIOUT2DAC0832A求和放大器(外接)现在学习的是第53页，共59页 在在图图10.1.13中中，
45、模模拟拟开开关关Si受受输输入入数数字字量量Di的的控控制制。Di=0时时，Si接地；接地；Di=1时，时，Si接虚地。接虚地。无无论论Si接接地地或或是是接接虚虚地地，电电阻阻网网络络中中各各支支路路的的电电流流保保持持不不变变。由由参参考考电电压压源源UREF流流出出的的总总电电流流I=UREF/R，并并且且该该电电流流每每经经过过一一个个节节点点时时都都会会进进行行1/2分分流流，则则各各2R电电阻阻支支路路的的电电流流Ii=I/2n-i（n=8）。但但是是，随随着输入数字量的不同，输出电流着输入数字量的不同，输出电流IOUT1和和IOUT2也不相同，不难求出也不相同，不难求出(10.1
46、.19)(10.1.20)(10.1.21)现在学习的是第54页，共59页则外接求和放大器的输出电压为则外接求和放大器的输出电压为(10.1.22)在在DAC0832中，通常中，通常R=Rfb15 k，所以所以(10.1.23)现在学习的是第55页，共59页 可可见见，输输出出电电压压在在数数值值上上与与基基准准电电压压UREF的的绝绝对对值值成成正正比比，与与输输入入数数字字量量成成正正比比，极极性性与与基基准准电电压压的的极极性性相相反反。而而基基准准电电压压UREF是是可可正正可可负负的的，所所以以可可以以在在UREF端端加加一一个个交交流流电电压压ui，从从而而，运运算算放放大大器输出
47、电压为器输出电压为(10.1.24)简简写写为为uO=KuiD，其其中中D为为输输入入数数字字量量所所对对应应的的十十进进制制数数。该该式式表表明明，输输出出电电压压在在数数值值上上正正比比于于输输入入电电压压与与数数字字量量的的乘乘积积。我我们们把把具具有有这这种种功功能能的的DAC称为乘法称为乘法DAC。现在学习的是第56页，共59页 如如果果在在图图10.1.13所所示示电电路路的的基基础础上上再再增增加加一一级级运运算算放放大大器器，如如图图10.1.14所所示示，便便构构成成了了双双极极性性的的DAC电电路路。这这种种接接法法在在效效果果上上起起到到了了把把数数字字量量的的最最高高位
48、位当当作作符符号号位位的的作作用用。由由于于基基准准电电压压也也可可改改变变极极性性，这这样样便便实实现现了了完完整整的的四四象象限限乘乘积积输输出出。关关于于双双极极性性DAC电电路的输出电压与输入数字量的关系，路的输出电压与输入数字量的关系，请读者自行分析。请读者自行分析。现在学习的是第57页，共59页图图 10.1.14 DAC0832的双极性工作电路的双极性工作电路DAC0832 R15 kIOUT1IOUT2D7D0UREFUO1Rf b15 k2R30 kA1A22R30 kUo2现在学习的是第58页，共59页 4）DAC0832的工作方式的工作方式 上上面面提提到到，通通过过外外接接不不同同的的电电路路，可可以以使使DAC0832实实现现单单极极性性或或双双极极性性D/A转转换换。另另外外，根根据据芯芯片片内内部部的的两两个个锁锁存存器器（8位位输输入入锁锁存存器器、8位位D/A锁锁存存器器）工工作作状状态态的的不不同同，DAC0832还还可可以以有有三三种种工工作作方方式式：双双缓缓冲冲工工作作方方式式、单单缓缓冲冲工工作作方方式式和和直直通通工工作作方方式式。现在学习的是第59页，共59页