电气检测技术55

D/A转换器是一种把数字量转换成模拟电压或电流的器件。包含有数字电路、模拟电路，是一个混合系统。

1一、D/A转换原理输入数字量经数字电路控制一组电子模拟开关的通、断，决定电阻网分压或分流之比值(解码)，使输出电压或电流与输入数字量成确定正比关系。2对于D/A转换器，基本要求是输出电压U0应该和输入数字量D成正比，即：

U0=DUR

式中，UR为参考电压。数字量D可以表示为如下的形式：3常用解码网络：1、权电阻解码网2、R-2R梯形解码网4R-2R梯形解码网51)电阻Rx为终端电阻，通常接地；2)模拟开关S1、…、Sn由输入数字量D控制，输入高电平‘1’时，控制开关接通‘1’端，低电平时，接通‘0’，无论控制端电平ai为高还是低，电阻网络2R电阻端均为接地，从输入端来看，整个电阻网络的输入电阻RIN=R；输入电流：同理得：

63)对输入端B，总的输入电流为I：当B点的电流平衡时，可以得到：可得输出电压为：74)电阻网中，使用阻值仅为R、2R的电阻，器件单一，便于集成，且能达到较高的精度。5)DAC中，放大器电路往往也需要外接，因此为保证一定的转换速率，需要采用转换速率较高的高速运放。8二、主要性能指标

1、转换精度在给定数据转换输出的模拟电压与理论输出电压的接近程度称为转换精度。它是增益误差、零位误差和非线性误差合理综合。说明书给出各项误差而不给出综合误差。91)零位误差DAC输入全0时，模拟量输出偏离理想值的偏差量。由运放输出失调电压引起，与输入数字量无关通过DAC调零端或外接校正电路，调整运放零位等方法在一定温度下补偿零位偏移误差。102)增益误差DAC输出与输入间特性曲线斜率为增益。转换器实际增益与理想增益间误差称为增益误差。增益误差是基准电压源偏移，运放构成的输出电路的增益偏离引起。增益误差在量程内不是常数，与输入数字量值成正比，满刻度时增益误差最大。使用时，首先校正零位误差，微调基准电压(或电流)或微调运放反馈电阻来对增益误差进行补偿。113)非线性误差DAC的实际传递特性曲线与理想传递曲线之间的最大偏差称为非线性误差。显然，在零点处以及满量程输出处没有非线误差。122、分辨率输入数字量变化一个最小单位时，输出模拟量的变化量与满度输出量之比。DAC位数愈多，输出电压增量愈小，分辨率愈高。例如，采用相同的5V参考电压，8位DAC的电压分辨率为5V/255≈20mV；10位DAC的分辨率为5V/1023≈5mV。位数越多，分别率越高，转换精度也越高。133、线性度D／A转换的实际输入输出曲线与理论输入输出曲线之最大偏差与满度输出值之比的百分数。144、转换时间输入数码从全0变化为全1，即从满量程变化的瞬间起，到输出的模拟量达到终值所需时间。转换时间决定于DAC所采用的电路和使用的元件，如模拟开关、电阻解码网络及驱动电路等。

实际转换时间不仅与电路有关，且与输入的数字量变化的大小有关。输入的数字量从全0变化为全1所需的时间最长。

15根据DAC的转换速率可以分成以下几档：超高速：转换时间<0.1微秒较高速：0.1微秒-1微秒高速：1微秒-10微秒中速：100微秒-10微秒低速：转换时间>100微秒16注意：DAC本身的转换时间相对较短，而将电流输出转换成电压输出的运算放大器电路(DAC集成或外接)，一般而言其动态响应较低。因此DAC转换的时间，往往决定于所选用的运放的动态响应特性。通常，在DAC的输出端，需要采用高速运放，组成整个的输出电路。175、输入数字量的形式大部分DAC只接收自然二进制数字代码，少数可按收BCD码等其它二进制码。输入数据一般为并行码，只有内部配置有移位寄存器的DAC才可接收串行码输入，例如：AD7522、DAC7612不同DAC对输入数据的逻辑电平要求不同。多数只能和TTL或低压CMOS电平兼容。18

DAC内部是否有输入锁存器，控制要求如何，将直接影响与CPU的接口设计，并与数字输入特性密切相关。特别是外加输入锁存器时，输入锁存器成为CPU与DAC之间的接口，显然与DAC的数字输入要求有关。196、基准电源解码网用基准电源是唯一影响输出结果的模拟量参量，基准源电路是DAC接口中重要电路。使用DAC内部具备的低漂高精度参考电压源的DAC(如AD558)不仅能保证较好的转换精度，且简化接口电路。需要外接参考电源时，根据DAC的给出的所允许的参考电压的波动范围，选用或设计低频、高精度电源电路。20三、D/A转换器及接口电路D／A转换集成芯片品种很多，大可分为带有输入数据锁存器的DAC和不带输入数据锁存器的DAC两大类。带输入数据锁存器的有：8位分辨率DAC0830、DAC0831、DAC0832；10位分辨率DAC7522；12位分辨率DACl208、DACl209、DACl210、DACl230、DACl231、DACl232；14位分辨率AD7535；等21不带输入锁存器的有：8位分辨率AD558、DAC0801、DAC0802、DAC0803；10位分辨率AD7520、AD7530、AD7533；12位分辨率DACl020、DACl220、AD7521、AD7542等。除这两大类DAC外，根据输入数字量的形式的不同，还可以分成串行输入的DAC以及并行输入的DAC。

221、DAC0830系列该系列DAC是8Bit的具有输入数据锁存功能的DAC，为DIP20封装。主要性能：a、和微处理器直接相连；b、Rfb为反馈信号输入，反馈输入电阻集成在芯片内部；c、IOUT1、IOUT2为电流输出引脚，需外接运放电路；d、需外接基准电压源；e、单电源供电(5V-15V)；f、电流输出型，电流稳定时间在1微秒左右。23单极性输出电路

输出电压由下式决定：

24双极性输出电路：25这类DAC输出的数字量为单极性输出，为获得双极性的输出，必须外接偏置的电路，上图所示的电路完成由单极性输出向双极性输出的偏值。输入输出关系如下式所示：

262、DAC0800系列DAC0800系列的DAC包括DAC0800、DAC0801、DAC0802、DAC0803等，这一类的DAC为8Bit不带输入锁存，因此在与控制器接口时，一般需要外接锁存电路。273、10Bit以上的