電氣檢測技術(shù)55

D/A轉(zhuǎn)換器是一種把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流的器件。包含有數(shù)字電路、模擬電路，是一個混合系統(tǒng)。

電氣檢測技術(shù)1一、D/A轉(zhuǎn)換原理輸入數(shù)字量經(jīng)數(shù)字電路控制一組電子模擬開關(guān)的通、斷，決定電阻網(wǎng)分壓或分流之比值(解碼)，使輸出電壓或電流與輸入數(shù)字量成確定正比關(guān)系。電氣檢測技術(shù)2對于D/A轉(zhuǎn)換器，基本要求是輸出電壓U0應該和輸入數(shù)字量D成正比，即：

U0=DUR

式中，UR為參考電壓。數(shù)字量D可以表示為如下的形式：電氣檢測技術(shù)3常用解碼網(wǎng)絡(luò)：

1、權(quán)電阻解碼網(wǎng)

2、R-2R梯形解碼網(wǎng)電氣檢測技術(shù)4R-2R梯形解碼網(wǎng)電氣檢測技術(shù)5

1)電阻Rx為終端電阻，通常接地；

2)模擬開關(guān)S1、…、Sn由輸入數(shù)字量D控制，輸入高電平‘1’時，控制開關(guān)接通‘1’端，低電平時，接通‘0’，無論控制端電平ai為高還是低，電阻網(wǎng)絡(luò)2R電阻端均為接地，從輸入端來看，整個電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻RIN=R；

輸入電流：同理得：

電氣檢測技術(shù)6

3)對輸入端B，總的輸入電流為I：

當B點的電流平衡時，可以得到：可得輸出電壓為：電氣檢測技術(shù)7

4)電阻網(wǎng)中，使用阻值僅為R、2R的電阻，器件單一，便于集成，且能達到較高的精度。

5)DAC中，放大器電路往往也需要外接，因此為保證一定的轉(zhuǎn)換速率，需要采用轉(zhuǎn)換速率較高的高速運放。電氣檢測技術(shù)8二、主要性能指標

1、轉(zhuǎn)換精度在給定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出的模擬電壓與理論輸出電壓的接近程度稱為轉(zhuǎn)換精度。它是增益誤差、零位誤差和非線性誤差合理綜合。說明書給出各項誤差而不給出綜合誤差。電氣檢測技術(shù)9

1)零位誤差DAC輸入全0時，模擬量輸出偏離理想值的偏差量。由運放輸出失調(diào)電壓引起，與輸入數(shù)字量無關(guān)通過DAC調(diào)零端或外接校正電路，調(diào)整運放零位等方法在一定溫度下補償零位偏移誤差。電氣檢測技術(shù)102)增益誤差DAC輸出與輸入間特性曲線斜率為增益。轉(zhuǎn)換器實際增益與理想增益間誤差稱為增益誤差。增益誤差是基準電壓源偏移，運放構(gòu)成的輸出電路的增益偏離引起。增益誤差在量程內(nèi)不是常數(shù)，與輸入數(shù)字量值成正比，滿刻度時增益誤差最大。使用時，首先校正零位誤差，微調(diào)基準電壓(或電流)或微調(diào)運放反饋電阻來對增益誤差進行補償。電氣檢測技術(shù)11

3)非線性誤差

DAC的實際傳遞特性曲線與理想傳遞曲線之間的最大偏差稱為非線性誤差。顯然，在零點處以及滿量程輸出處沒有非線誤差。電氣檢測技術(shù)12

2、分辨率輸入數(shù)字量變化一個最小單位時，輸出模擬量的變化量與滿度輸出量之比。

DAC位數(shù)愈多，輸出電壓增量愈小，分辨率愈高。例如，采用相同的5V參考電壓，8位DAC的電壓分辨率為5V/255≈20mV；10位DAC的分辨率為5V/1023≈5mV。位數(shù)越多，分別率越高，轉(zhuǎn)換精度也越高。電氣檢測技術(shù)13

3、線性度

D／A轉(zhuǎn)換的實際輸入輸出曲線與理論輸入輸出曲線之最大偏差與滿度輸出值之比的百分數(shù)。電氣檢測技術(shù)14

4、轉(zhuǎn)換時間輸入數(shù)碼從全0變化為全1，即從滿量程變化的瞬間起，到輸出的模擬量達到終值所需時間。

轉(zhuǎn)換時間決定于DAC所采用的電路和使用的元件，如模擬開關(guān)、電阻解碼網(wǎng)絡(luò)及驅(qū)動電路等。

實際轉(zhuǎn)換時間不僅與電路有關(guān)，且與輸入的數(shù)字量變化的大小有關(guān)。輸入的數(shù)字量從全0變化為全1所需的時間最長。

電氣檢測技術(shù)15根據(jù)DAC的轉(zhuǎn)換速率可以分成以下幾檔：超高速：轉(zhuǎn)換時間<0.1微秒較高速：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：轉(zhuǎn)換時間>100微秒電氣檢測技術(shù)16注意：

DAC本身的轉(zhuǎn)換時間相對較短，而將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出的運算放大器電路(DAC集成或外接)，一般而言其動態(tài)響應較低。因此DAC轉(zhuǎn)換的時間，往往決定于所選用的運放的動態(tài)響應特性。通常，在DAC的輸出端，需要采用高速運放，組成整個的輸出電路。電氣檢測技術(shù)175、輸入數(shù)字量的形式大部分DAC只接收自然二進制數(shù)字代碼，少數(shù)可按收BCD碼等其它二進制碼。輸入數(shù)據(jù)一般為并行碼，只有內(nèi)部配置有移位寄存器的DAC才可接收串行碼輸入，例如：

AD7522、DAC7612

不同DAC對輸入數(shù)據(jù)的邏輯電平要求不同。多數(shù)只能和TTL或低壓CMOS電平兼容。電氣檢測技術(shù)18

DAC內(nèi)部是否有輸入鎖存器，控制要求如何，將直接影響與CPU的接口設(shè)計，并與數(shù)字輸入特性密切相關(guān)。特別是外加輸入鎖存器時，輸入鎖存器成為CPU與DAC之間的接口，顯然與DAC的數(shù)字輸入要求有關(guān)。電氣檢測技術(shù)19

6、基準電源解碼網(wǎng)用基準電源是唯一影響輸出結(jié)果的模擬量參量，基準源電路是DAC接口中重要電路。使用DAC內(nèi)部具備的低漂高精度參考電壓源的DAC(如AD558)不僅能保證較好的轉(zhuǎn)換精度，且簡化接口電路。需要外接參考電源時，根據(jù)DAC的給出的所允許的參考電壓的波動范圍，選用或設(shè)計低頻、高精度電源電路。電氣檢測技術(shù)20三、D/A轉(zhuǎn)換器及接口電路

D／A轉(zhuǎn)換集成芯片品種很多，大可分為帶有輸入數(shù)據(jù)鎖存器的DAC和不帶輸入數(shù)據(jù)鎖存器的DAC兩大類。帶輸入數(shù)據(jù)鎖存器的有：

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；等電氣檢測技術(shù)21不帶輸入鎖存器的有：

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。除這兩大類DAC外，根據(jù)輸入數(shù)字量的形式的不同，還可以分成串行輸入的DAC以及并行輸入的DAC。

電氣檢測技術(shù)221、DAC0830系列該系列DAC是8Bit的具有輸入數(shù)據(jù)鎖存功能的DAC，為DIP20封裝。主要性能：

a、和微處理器直接相連；

b、Rfb為反饋信號輸入，反饋輸入電阻集成在芯片內(nèi)部；

c、IOUT1、IOUT2為電流輸出引腳，需外接運放電路；

d、需外接基準電壓源；

e、單電源供電(5V-15V)；

f、電流輸出型，電流穩(wěn)定時間在1微秒左右。電氣檢測技術(shù)23單極性輸出電路輸出電壓由下式?jīng)Q定：

電氣檢測技術(shù)24雙極性輸出電路：電氣檢測技術(shù)25這類DAC輸出的數(shù)字量為單極性輸出，為獲得雙極性的輸出，必須外接偏置的電路，上圖所示的電路完成由單極性輸出向雙極性輸出的偏值。輸入輸出關(guān)系如下式所示：

電氣檢測技術(shù)262、DAC0800系列DAC0800系列的DAC包括DAC0800、DAC0801、DAC0802、DAC0803等，這一類的DAC為8Bit不帶輸入鎖存，因此在與控制器接口時，一般需要外接鎖存電路。電氣檢測技術(shù)273、10Bit