模拟输出通道

（4） 参考电源
参考电压源是惟一影响输出结果的模拟参量，是 D/A转换接口中的重要电路，对接口电路的工作性能、 电路的结构有很大影响。 使用内部带有低漂移精密参考电压源的D/A转换
器(如AD563/565A)，不仅能保持较好的转换精度，而
且可以简化接口电路。
二、调理电路：输出通路中的调理电路有 滤波、电压/电流转换和放大等几种形式。
数据 寄存器R1
… 数据 寄存器R1 控制逻辑
数据 寄存器R1
… 数据 寄存器R1
D/A …
调理电路
…
D/A
调理电路
执行 机构
图2-2-8 数据分配同步转换电路
三、模拟分配分时转换结构
寄存器 D/A转换器 采样 保持器 采样 保持器 … 采样 保持器 （a） 调理电路 执行 机构 执行 机构 …
调理电路 …
（2） 模拟输出特性
对于输出特性具有电流源性质的D/A转换器(如DAC08)，用 输出电压允许范围来表示由输出电路(包括简单电阻负载或者 运算放大器电路)造成输出端电压的可变动范围。只要输出端 的电压小于输出电压允许范围，输出电流和输入数字之间就 会保持正确的转换关系，而与输出端的电压大小无关。对于 输出特性为非电流源特性的D/A转换器，如AD7520，DAC1020 等，无输出电压允许范围指标，电流输出端应保持公共端电 位或虚地，否则将破坏其转换关系。
F ' ( )称为调制频谱
由下图可知,保持器的频谱响应具有突出基 带作用,可以部分阻止调制分量通过,所以,零阶 保持器输出是阶梯状.为了平滑处理,引入一低 通滤波器.
H(ω)
Tsቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F ( ) Ts
平滑滤波器H1（ω）
1
F ' ( ) Ts
0
ωc
ωs
2ωs
ω
图2-2-5 零阶保持和平滑滤波器的作用
（a）一阶保持
（b）零阶保持
图2-2-1 一阶保持与零阶保持
零阶保持的电路实现
寄存器 寄存器 …
D/A D/A …
D/A
S/H S/H … S/H
寄存器
D/A
(a)数字保持方式
(b)模拟保持方式
图2-2-2 零阶保持器的两种形式
数据保持方式,模拟保持方式
上图a为数据保持方式，即在D/A之间加设一个寄存器，让 每个采样点的数据在该寄存器中一直寄存到本路信号的下个采 样点数据到来为止，这样D/A转换器输出波形就不是离散的脉 冲电压，而是连续的台阶电压。 上图b为模拟保持方式，即在公用的D/A之后每路加一个采 样保持器，保持器将D/A转换器输出子样电压保持到本路信号 的下一个采样电压产生时为止。这样采样保持器输出波形也是 连续的台阶电压。 图中的采样保持器都起到零阶保持的作用。
F(ω) 称为基带频谱，F’(ω)称为调制频谱。为了使这些 阶梯变平滑，就需要一个低通滤波器将漏过的调制频谱F’(ω)滤掉， 而将基带频谱F(ω)保留下来。具有这种功能的低通滤波器成为平滑 滤波器。
二、保持周期的确定
零阶保持器的保持周期Ts为Ts=mt0，如 果输出通道中设定的保持周期Ts与模拟 信号输入通道中设定的采样周期T 相等， 即Ts=T，则经零阶保持和平滑滤波后恢 复的信号波形理论上与输入保持相同。 但若不满足以上条件，而只保持固定的 比例关系，即Ts/T=a(常数)，则恢复的 模拟信号 f0(t)=f(t/a)。
2.2.2 模拟输出通道的基本结 构
显示器 寄存器 D/A 模拟输出通道 图2-2-6 模拟输出通道的基本组成 单通道 模拟信号输出 通道基本结构 多通道 数据分配分时转换结构 数据分配同时转换结构 模拟分配分时转换结构 比较和选择 调理电路 记录器 终 端
一、数据分配分时转换电路
数据 寄存器R1 主 计 算 机 D/A 调理电路 执行 机构
三、数字自动增益控制（AGC）
讨论： 为什么要采用数字自动增益控制（AGC）？
简单的说--就是把输出信号取出一部分处理之后返回 输入端控制放大器或者处理电路的增益,使之保持在 一个水平之内.
比如我们说话的音量,说出去之后耳朵会取样,告诉大 脑我们现在说话的声音有多大,再由大脑控制说话的 音量.耳朵在这个过程中就是AGC电路 输出就是嘴,放 大器和处理电路就是大脑.
数据 寄存器R1
… 数据 寄存器R1 控制逻辑
D/A …
调理电路 …
执行 机构
…
D/A
调理电路
执行 机构
图2-2-7 数据分配分时转换电路
此电路不适合于要求多参量同步控制执行机构的系统
二、数据分配同步转换电路
数据 寄存器R1 计 算 机 数据 寄存器R1 D/A 调理电路 执行 机构 执行 机构 …
2.选择： 1）对于中等分辨力（8位到10位）的输出 通道，采用2-2-8的方案能获得较好的性 能，成本与模拟不相上下。 2）高于12位的输出通道由于当前存储电容 的介质吸附效应指标不够理想，要使 S/H满足高分辨力和高速度的要求还比 较困难，故虽然成本较高，但仍须采用 2-2-8方案。
2.2.3 模拟输出通道组成电路 的选用
OPA511/512、OPA541，输出电流可达10～15 A。图2—
2—10是OPA501的电路结构和引脚图。
图2-2-10 大功率运算放大器OPA501的电路结构与引脚
一、D/A转换器 1.D/A位数的确定 仪表精度δ应与D/A位数相匹配，即δ=2-n,若模 拟执行元件的分辨率为VTH,它所需要的控制信 号的最大摆幅为Vmax,,则用来提供这一模拟信号 的DAC的位数应该满足下式：
Vmax 2 VTH
n
闭环控制系统中，对其分辨力的要求比开环系
2.主要结构特性和应用特性的选择 （1）数字输入特性，应外接适当的偏置电 路后才能实现双极性D/A转换。 （2）模拟输出特性 （3）锁存特性及转换控制 （4）参考源，不仅能保持较好的转换精度， 而且可以简化接口电路。
（3） 锁存特性及转换控制
图2-2-8
若D/A转换器没有输入锁存器，通过CPU数据总线传送数字量时，必须外加 锁存器，否则只能通过具有输出锁存功能的I/O口给D/A送入数字量。 有些D/A转换器并不是对输入的数字量立即进行D/A转换，而是在外部施加 了转换控制信号后才开始转换和输出。具有这种输入锁存及转换控制功能的 D/A转换器(如0832)，在CPU分时控制多路D/A输入时，可做到多路D/A转换的同 步输出，如上图228所示。
g f1(t) f(t) Ts
0
t
Ts
t
(a)
0
-π Φ(ω)
ω ωs 2ωs 3ωs
0
Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts
(b)
图2-2-3 零阶保持器的输出波形 图2-2-4 零阶保持器的单位冲激响应（a） 和频率响应（b）
模拟输出通道的基本理论
可以通过推导得:
其中:
F ( ) 称为基带频谱
控制逻辑
调理电路
执行 机构
计算机
寄存器
D/A转换器
模 拟 多 路 切 换 器
跟随保持 放大器 跟随保持 放大器 … 跟随保持 放大器
调理电路
执行 机构 执行 机构 …
调理电路 …
调理电路
执行 机构
控制逻辑 （ b） 图2-2-9 分时转换多通道模拟分配结构
四、比较和选择
1.比较： 模拟分配方案因受存储电容漏电因素的 影响，通道输出的稳定性不易做得很好， 但是由于存储电容的积分平滑作用，通 道的输出不会出现大幅度的突跳现象， 同时整个通道的成本较低；相比之下， 数字分配方案电路复杂，成本较高，且 通道的输出存在突跳现象。但这种通道 的输出十分稳定，输出的精度和平滑程 度仅由DAC的线性误差和分辨力决定。
（1） 数字输入特性
D/A转换器芯片一般都只能接收自然二进制数字代码。因此， 当输入数字代码为偏移二进制码或2的补码等双极性数码时，应 外接适当的偏置电路后才能实现双极性D/A转换。 输入数据格式一般为并行码，对于芯片内部配置有移位寄 存器的D/A转换器，可以接收串行码输入。 不同的D/A芯片输入逻辑电平要求不同。对于固定阈值电平 的D/A转换器一般只能和TTL或低压CMOS电路相连，而有些逻辑 电平可以改变的D/A转换器可以满足与TTL、高低压CMOS、PMOS 等各种器件直接连接的要求。
1 1、滤波器：平滑滤波器可以采用截频为 f h f c 4Ts 的低通滤波器。
2、V/I转换和F/V转换 电流有利于长距离传输，电动单元组合仪表DDZ-Ⅱ型以0-10毫 安为标准， DDZ-Ⅲ型4-20毫安为标准信号电流。 大多数D/A电路的输出为电压信号，通常设置了电压/电流(V/I) 转换电路，将电压信号转换成电流信号。 频率量输入通道和频率量输出通道：占用总线数量少，易于远 距离传送，抗干扰能力强。常用V/F转换器、 F/V转换电路。
2.2.1 模拟输出通道的基本理 论
一、零阶保持与平滑滤波 模拟信号数字化三环节：
采样 量化 由A/D转换器完成
由采样开关或多 路开关完成
编码
数字信号模拟化两环节： 保持
D/A
讨论：与“采样”相反的“保持”是什么意思？
怎样实现？
1.如何填补采样点之间的空白？ 方法一：把相邻采样点之间用直线连接起来，称为“一阶保持”方式。 方法二：每个采样点的幅值保持到下一个采样点，称为“零阶保持” 方式。这种方式很容易用电路来实现。
3、线性功率放大器
直流伺服控制中经常要用到线性功率放大器，在 用于开关量控制的输出通道中大量使用开关型功率放
大器。
线性功率放大器通常由分立元件或集成功率运放 构成。在输出通道的直流伺服控制系统中，采用集成 功率运算放大器可大大简化电路，并提高系统的可靠 性。美国BB公司推出的大功率运算放大器有OPA501、