第20讲数模转换器课件.ppt

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1、第20讲数模转换器第1页，此课件共59页哦第第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第2页，此课件共59页哦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（也也称称基基准准电电压

2、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)第3页，此课件共59页哦图图 10.1.1 DAC的原理框图的原理框图第4页，此课件共59页哦如果假设(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，所所以以严严格格地

3、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。第5页，此课件共59页哦 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出的的每每一一位位驱驱

4、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，下下面将主要介绍电阻解码网络这部分电路的工作原理。面将主要介绍电阻解码网络这部分电路的工作原理。第6页，此课件共59页哦图图 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

5、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第7页，此课件共59页哦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第8页，此课件共59页哦 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与输输入的四位二进制数一一对应，满足以下关系：入的四位二

6、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由来。例如在图的由来。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。第9页，此课件共59页哦 模模拟拟开开关关。每每一一个个电电阻阻都都有有一一个个单单刀刀双双掷掷的的模

7、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打打到到左左边边，使电阻使电阻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大器的形式。器的形式。第10页，此课件共59页哦 为为了了简简化化分分析析，在在本本章章中中将将运运算算放放大大器器近近似似

8、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。根据叠加原理，对于任意输入的一个二进制根据叠加原理，对于任意输入的一个二进制(D3D2D1D0)2，应有，应有(10.1.5)第11页，此课件共59页哦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为为推广到

9、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。第12页，此课件共59页哦 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电电阻阻的的取取值值范范围围太太大大，这这个

10、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围内内保保证证电电阻阻的的精精度度，对对于于集集成成DAC的的制制造造是是十十分困难的。分困难的。第13页，此课件共59页哦 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电电路路的的缺缺点点，无无论论DAC有有多多少少位位，电

11、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电阻网络权电阻网络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。第14页，此课件共59页哦图图 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第15页，此课件共59页哦 4个个模模拟拟开开关关由由4位位二二进进制制数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

12、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打打到到左左边边，使使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，T型型电电阻阻网网络络的的等效电阻等于等效电阻等于3R。当当

13、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每流进一个节点时，都会向另外两个方向分流，流每流进一个节点时，都会向另外两个方向分流，分流系数为分流系数为1/2。第16页，此课件共59页哦图图 10.1.5 Pi节点等效电路节点等效电路第17页，此课件共59页哦 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

14、。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流时时的的分分流流系系数数都都是是1/2。因因而而，流流向向求求和和放放大大器器的的电电流流I0应应为为I0/24。第18页，此课件共59页哦图图 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第19页，此课件共59页哦 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

15、放大器的电流分时，流向求和放大器的电流分别为：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)第20页，此课件共59页哦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)第21页，此课件共59页哦 3.倒倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路 图图10.1.7所所示示为为4位位倒倒T型型

16、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别在在于：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

17、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接接虚虚地；当地；当Di=0时，时，Si接地。接地。第22页，此课件共59页哦图图 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第23页，此课件共59页哦 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

18、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。第24页，此课件共59页哦 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为为:(10.1.11)(10.1.12)第25页，此课件共59页哦 与与T型型电电阻阻网网络络DA

19、C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

20、，可得电路，可得(10.1.13)第26页，此课件共59页哦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得到到的。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=(-

21、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第27页，此课件共59页哦表表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第28页，此课件共59页哦图图 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第29页，此课件共59页哦 从从表

22、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之之和和必必须须为零，则有：为零，则有：偏偏移移电电压压源源和和基基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

23、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)第30页，此课件共59页哦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（由时（由0变成变成1或由或由1变成变成

24、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)第31页，此课件共59页哦 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：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

25、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简简称称为为FSR（Full Scale Range）。）。(10.1.17)第32页，此课件共59页哦 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之比，压之比，即即显显然然，DAC

26、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)第33页，此课件共59页哦 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

27、的理理论论值值和和实实际值之间差别的一个综合性指标。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

28、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是片面的，就是片面的，因为转换误差大于因为转换误差大于1LSB时，理论精度就没有意义了。时，理论精度就没有意义了。第34页，此课件共59页哦 造造成成DAC转转换换误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

29、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中电阻阻值的偏差等等。络中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

30、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运算算放放大大器器的的闭闭环环增增益益偏偏离离理理论论值值是是引引起起这这种种误误差差的的主要原因。主要原因。第35页，此课件共59页哦图图 10.1.9 3位位DAC的比例系数误差的比例系数误差第36页，此课件共59页哦 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，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

31、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所所示。示。第37页，此课件共59页哦图图 10.1.10 3位位DAC的失调误差的失调误差第38页，此课件共59页哦 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

32、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差差以以及及对对输输出出电电压压的的影影响响也也不不一一定定相相同等等，这些都会导致输出模拟电压的非线性误差。同等等，这些都会导致输出模拟电压的非线性误

33、差。第39页，此课件共59页哦图图 10.1.11 3位位DAC的非线性误差的非线性误差第40页，此课件共59页哦 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的的转转换换速速度。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

34、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。误误差差范范围围一一般取般取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转换次数。的转换次数。第41页，此课件共59页哦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

35、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。第42页，此课件共59页哦 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

36、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；建建立立时间小于时间小于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）。第43页，此课件共59页哦 输输出出模

37、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是是电电压压输出还是电流输出，以及输出模拟量的范围。输出还是电流输出，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、工作温度、工作温度、功耗、功耗、封装以及可靠性等性能要与应用系统相适应。封装以及可靠性等性能要与应用系统相适应。第44页，此课件共59页哦 2 DAC0832简介简介 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

38、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DAC；TTL标准逻辑电平；标准逻辑电平；第45页，此课件共59页哦 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。第46页，此课件共59页哦 2）DAC0832的

39、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。第47页，此课件共59页哦图 10.1.12 DAC0832的内部组成框图第48页，此课件共59页哦 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

40、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能写写入输入锁存器，并在入输入锁存器，并在WR1的上升沿实现数据锁存。的上升沿实现数据锁存。XFER、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

41、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。第49页，此课件共59页哦 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为最低为最低位，位，DI7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最最大（满量程输出）；大（满量程输出）；当当

42、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。第50页，此课件共59页哦 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+10 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，最最佳佳工工作作状态时用状态时用+15 V。DGND、AGND分分别别为为数数字字电电路路

43、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，并并且且就就近近将将DGND和和AGND在在一一点点且且只只能能在在一一点点短短接接，以以减减少少干干扰扰。第51页，此课件共59页哦 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，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

44、反馈电阻。的反馈电阻。第52页，此课件共59页哦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)第53页，此课件共59页哦 在在图图10.1.13中中，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

45、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(10.1.19)(10.1.20)(10.1.21)第54页，此课件共59页哦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.

46、23)第55页，此课件共59页哦 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，运算放大器输出电压为运算放大器输出电压为(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

47、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。第56页，此课件共59页哦 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电电路路的的输输出出电电压与输入数字量的关系，压与输

48、入数字量的关系，请读者自行分析。请读者自行分析。第57页，此课件共59页哦图图 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第58页，此课件共59页哦 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方式。作方式。第59页，此课件共59页哦