DA转换器

i 1 n
转换速度：快，与模拟开关通断速度、电阻 网络寄生电抗和运算放大器的输出频率有 关。
2. 串行D/A转换器
数字量以串行方式输入，使用串行D/A转 换器。
优点：电路结构简单、方便。
特点：
工作节拍和串行二进制码定时同步
输入不需要缓冲器
转换n位输入需要n个工作节拍周期
Ds(tc)
LSB和FSR的值。
解 输出电压为： vO VREF RF n1 2
n1
R
i 0
Di 2
i
-8 2
4
13 6.5 V
将(0001)2 (1)10 代入以上公式得： １LSB VREF RF 2
n1
R
1 0.5 V
将(1111)2 (15)10 代入以上公式得： FSR VREF RF 2
S2
U REF
S1
∑
A +
÷2
U C(i+1)
U Ci
Ds输入二进制码。 Ds为1→S1闭合→UREF与Uci相加→除2
Ds为0→S1断开→UREF不与Uci相加→除2
Uc(i+1)=(Uci+ai UREF)/2 电压转换结果
Uo=Ucn-Uco/2n
Uco初始电容电压
7.1.2 D/A转换器的基本组成
所以，流过 D i 位权电阻的电流为 I i
VREF 2
2
n1 i
。 R
×2 i × D i
V REF
n 1
R
根据叠加原理： VREF VREF n1 i i I i＝ n1 2 Di n1 Di 2 i 2 R i 0 R i 0 i 0 2
相对精度:绝对精度与满量程输出值的比值。
3、线性误差 D/A转换器芯片的转换特性曲线与理想特性之 间的最大偏差
4、建立时间 D/A满量程变化时，其输出模拟量达到± ½ LSB范围所需的时间。 一个稳态到另一个稳态所需过渡时间长短。
5、单调性 输入数码与模拟量之间保持单调关系。 6、温度系数 温度每增加1℃，输出变化的百分数。
REF
Rf
A +
Uo
电阻网络
S1 S2 Sn 模拟开关
U REF
基准电压
1 21
2 22
输入并行数字量
n 2 n
基准电→压电阻网络→电压/电流→运算放大器→加和→ UREF
U 0 U REF D U REF (a1 21 a2 22 an 2 n ) U REF ai 2 i
7、电源抑制比 满量程电压变化百分数与电源电压变化百分 数之比。
8、输出电平 电压：5～10V——24～30V 电源：几毫安——3A
9、输入代码 二进制码、BCD码、偏移二进制码、二进制 补码
10、输入数字电平 “1”和“0”所对应的输入高低电平的起码数 值
11、工作温度 转换器正常工作范围： -40℃——85 ℃ 0 ℃——70 ℃
指标选择: 考虑整体避免片面：分辨率与线性误差 关系 线性度误差电压△ULE≤± ULSB 线性误差LE ≤ ±2(-n+1) ×100％
7.3 并行D/A转换器
7.3.1 全电阻D/A转换器
１．电路结构
构成权电阻网络的电阻的阻值，与该位的位权值成反比。
D3 D2 D1 D0 Di= 0，Si接地
第7章 数／模转换器
7.1 D/A转换器的分类 7.2 D/A转换器的主要技术指标 7.3 并行D/A转换器
7.4 单片集成D/A转换器
7.5 D/A转换器接口的隔离
7.1 D/A转换器的分类和组成
7.1.1 D/A转换器的分类
1. 并行D/A转换器
特点：转换器位数与输入码位数相同，对应码 的每一位都有输入端，用以控制相应的 模拟切换开关，把基准电压U 接到电阻 网络。
D2 VREF D1 D0
来自百度文库


S2 I R
S1 2R
S0 4R
RF
R 2
i iB
RB
iΣ
Σ
vO
VB(=-VREF)
具有双极性输出的权电阻网络DAC
例
假设图所示电路中，VREF=-8V，VB=-VREF，RF=R/2。
如果要使当D2 D1 D0=100时，输出为0，求RB值；并列出所有输
入3位二进制数码所对应的输出电压。
DI7~DI0
8位 输入 寄存器
LE
8位 DAC 寄存器
LE
8位 D/A 转换器
RFB
VREF IOUT2 IOUT1
ILE
&
RFB CS WR1 XFER WR2
&
AGND VCC
&
DGND
DI7~DI0
8位 输入 寄存器 LE &
8位 DAC 寄存器 LE
8位 D/A 转换器
VREF IOUT2 IOUT1

输出电压为：vO iF RF i RF V R REF F 2 3 D3 2 2 D2 21 D1 20 D0 24 R
VREF RF n1 DAC为n位时：vO Di 2i n 2 R i 0
转换比例系数
输入数字量
３．特点归纳 由于2R电阻两端的电压和流过的电流都不随开关的掷向而
1
RFB
RFB
CS WR1
0 0
&
AGND VCC
XFER WR2
&
DGND
ILE 输入锁存允许信号, 高电平有效 CS 片选信号, 低电平有效 WR1 写信号1，低电平有效 当 ILE、CS、WR1同时有效时, LE=1， 输入寄存器的输出随输入而变化
DI7~DI0
8位 输入 寄存器 LE &
8位 DAC 寄存器 LE
8位 D/A 转换器
VREF IOUT2 IOUT1
ILE
RFB
RFB
CS WR1 XFER WR2
&
AGND VCC
&
DGND
DI7~ DI0
数字量输入信号
其中: DI0为最低位，DI7为最高位
DI7~DI0
ILE
1
8位 输入 寄存器 LE &
8位 DAC 寄存器 LE
8位 D/A 转换器
VREF IOUT2 IOUT1
输入数字量
３．特点归纳 权电阻网络DAC的转换精度取决于基准电压VREF以及模拟 电子开关、运算放大器和各权电阻值的精度。 缺点：由于各权电阻的阻值都不相同，位数越多，相差越 大，阻值的精度难以保证。
例
4 位 DAC 如 图 11-2-3 所 示 ， 设 基 准 电 压 VREF=-8V ，
2RF=R，试求输入二进制数D3D2D1D0=1101时输出的电压值以及
ILE
WR1 地址 译码 port CS
IOUT2 XFER WR2
A0 ~ A9
单缓冲工作方式 : 输入寄存器工作于受控状态 DAC寄存器工作于直通状态
2) 双缓冲工作方式: 两个寄存器均工作于受控锁存器状态
PC总线 D0 ~ D7 +5V
数 据 线
DAC0832 RFB DI0 ~ IOUT1 DI7 ILE
7.2 D/A转换器主要技术指标
1、分辨率 定义：最小输出电压与 最大输出电压之比。
n位D/A转换器
1 分辨率 n 2 1
位数 8 10 12 14 16
分辨率 1/255 1/1023 1/4095 1/16383 1/65535
2、精度 绝对精度:输入满量程数字量时，实际输出值 与理论输出值之差，一般应小于±LSB/2。
2R
2R
I/16
VREF
D
C
B
图10-2-5 4位R-2R倒T形电阻网络DAC
２．工作原理 根据电路结构及运算放大器的特性有：
I I I I i D3 D2 D1 D0 2 4 8 16
所以：i VREF
VREF 其中I R
23 D3 22 D2 21 D1 20 D0 24 R
改变，不存在对网络中寄生电容的充、放电现象，因而工作速
度和转换精度都有所提高。 由于只使用两种阻值的电阻，因此电阻的精度容易保证。
双极性输出结构 在单极性输出DAC的基础上，增加由VB和RB组成的偏移电 路，通常VB=-VREF。
VREF n1 V vO i RF ( i iB ) RF n1 Di 2i B RF RB 2 R i 0
VREF 解 当D2 D1 D0 100时，i ， R 若要求此时vO 0，则必有i i B，即： VREF VB VREF ，所以RB R R RB RB 8 n1 8 i 此时，vO 3 Di 2 V 2 2 i 0
n1 n1


由于运算放大器的输入偏置电流近似为０，所以： iF i
又由于iF 0 vO / RF vO / RF，所以输出电压为： vO iF RF i RF VREF RF n1 2
n1
R
i 0
Di 2i
转换比例系数k
255VREF 256RFB
2. DAC0832与微机系统的连接 1)单缓冲工作方式
一个寄存器工作于直通状态，
另一个工作于受控锁存器状态
2)双缓冲工作方式
两个寄存器均工作于受控锁存器状态，
PC总线 D0 ~ D7 +5V IOW 数 据 线
DAC0832 RFB DI0 ~ IOUT1 DI7
+ Vo
1、电阻网络
转换器精度与电阻精度相关，取决于电阻比值
2、基准电源
直接影响转换器精度。精确到满量程±0.05﹪→基准电压 满足±0.01﹪
3、模拟切换开关
力求减小饱和压降、泻漏电流及导通电阻的影响
4、运算放大器
作用：求和、提供低阻抗、强负载能力的输出。 性能：电压、电流偏移，温漂。动态响应，输出摆率。 精度度±0.05﹪ →输出稳定±0.01﹪
IOUT2
+ Vo
IOW
地 port1 址 译 port2 码
WR1 WR2
CS XFER VREF DGND AGND -5V
A0 ~ A9
7.4.3 AD7534
1.特点 AD7534是一种12位串行D/A转换芯片。 2.结构框图及工作原理
16 1 UREF 15 12位D/A转换器 2
Rfb OUT1 OUT2


根据上式，即可求出所有输入3位二进制数码所对应的输出
电压。
7.4 单片集成D/A转换器
7.4.1 DAC0832
档次：8位并行、中速(建立时间1us)、电流型 、低廉(10~20元) ① 引脚和逻辑结构 ② DAC0832与微机系统的连接 ③ 应用举例
1. 引脚和逻辑结构 20个引脚、双列直插式
数 字 寄 存 器
VREF
Di= 1，Si接VREF
S3 I3 R
S2 I2 2R
S1 I1
S0 2 2 R I0 23R
iF RF
Σ
iΣ 权电阻网络DAC
vO
２．工作原理 运算放大器的Σ点是虚地，该点电位总是近似为零。对于 输入二进制数中的任意一位Di有：
若Di 0，流过该位权电阻的电流为I i 0; 若Di 1，流过该位权电阻的电流为I i
8位 D/A 转换器
VREF IOUT2 IOUT1
ILE
RFB
RFB
CS WR1
XFER WR2
&
AGND VCC
0 0
&
1
DGND
XFER 转移控制信号，低电平有效 WR2 写信号2，低电平有效 • 当XFER、WR2同时有效时, LE2=1 DAC寄存器输出随输入而变化；
DI7~DI0
8位 输入 寄存器 LE &
ILE
RFB
RFB
CS WR1 XFER WR2
&
AGND VCC
&
DGND
V cc VREF
芯片电源电压, 参考电压,
+5V～+15V -10V～+10V
RFB
反馈电阻引出端, 此端可接运算放大器输出端
AGND 模拟信号地 DGND 数字信号地
DI7~DI0
8位 输入 寄存器 LE &
8位 DAC 寄存器 LE
CLR
13 寄存器B
3 AGND
LD1 LD2
5 9
STB1 4 STB4 11 STB3 10 STB2 8 s 7 移位寄存器A 14 12 SRI Ucc DGND
n1
R
15 7.5 V
R-2R倒T形电阻网络DAC
１．电路结构 由若干个相同的R、2R网络节组成，每节对应于一个输入
位，节与节之间串接成倒T形网络。
RF
D3
D2
D1
D0
iΣ Σ
iF
vO
S3
I/2 I
●
S2
2R I/2
● ●
S1
2R I/4
●
S0
2R A I/16 I/8
R
I/4
R
I/8
R
8位 DAC 寄存器 LE
8位 D/A 转换器
VREF IOUT2 IOUT1
ILE
RFB
RFB
CS WR1
&
AGND VCC
XFER WR2
&
DGND
IOUT1 模拟电流输出端1 当输入数字为全”1”时, 输出电流最大，约为： 全”0”时, 输出电流为0 IOUT2 模拟电流输出端2 IOUT1 + I OUT2 = 常数