高二物理競賽課件DA轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度

D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度一、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度

在D/A轉(zhuǎn)換器中，通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述轉(zhuǎn)換精度。

分辨率用于表示D/A轉(zhuǎn)換器對輸入微小量變化敏感程度的，定義為D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能分成的等級數(shù)，從00…00到11…11全部2n個不同的狀態(tài)，給出2n個不同的輸出電壓，位數(shù)越多，等級越多，意味著分辨率越高。所以在實際應(yīng)用中，往往用輸入數(shù)字量的位數(shù)表示D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。1.分辨率：（理論精度）另外也用D/A轉(zhuǎn)換器能夠分辨出的最小電壓與最大電壓之比表示分辨率，即

為了得到表11-3中在輸入代碼為100時，輸出電壓為0V，此時電路如圖所示具有雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器圖11.2.13則應(yīng)在d2d1d0＝100時

，其

另外對照表11-2和11-3可知兩個最高位（符號位）為取反的形式，故將最高位取反后加到普通D/A轉(zhuǎn)換器上即可得到雙極型輸出，如圖所示。具有雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器如CB7520接成雙極性輸出的電路如圖所示。具有雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器一般地構(gòu)成雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器的方法：只要在求和放大器的輸入端接入一個偏移電流，使輸入最高位為1,而其他各位輸入為0時的輸出vo=0。同時將輸入的符號位（最高位）反相后接到一般的D/A轉(zhuǎn)換器地輸入，就得到了雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器。如10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度2.轉(zhuǎn)換誤差（實際精度）

由于D/A轉(zhuǎn)換器的各個環(huán)節(jié)在參數(shù)及性能上和理論值存在著差異，如基準(zhǔn)電壓不夠穩(wěn)定、運(yùn)算放大器的零點漂移、模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降、電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻阻值的偏差以及三極管特性不一致等等因素，都會使得實際精度與轉(zhuǎn)換誤差有關(guān)系。轉(zhuǎn)換誤差是表示由各種因素引起誤差的一個綜合性的指標(biāo)，它表示實際的D/A轉(zhuǎn)換器特性和理論轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差，如圖所示圖11.2.16*轉(zhuǎn)換誤差一般用最低有效位的倍數(shù)表示，如1LSB，即為輸出的模擬電壓和理論值之間的絕對誤差小于等于輸入為00…01時的輸出電壓。有時也用絕對誤差與輸出電壓滿刻度的百分?jǐn)?shù)來表示D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度3、轉(zhuǎn)換誤差分析

轉(zhuǎn)換誤差包括比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差和非線性誤差等。由不同因素引起的轉(zhuǎn)換誤差各有不同的特點。下面以4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器來介紹各種因素引起誤差的情況。a.比例系數(shù)誤差：

當(dāng)基準(zhǔn)電壓VREF偏離標(biāo)準(zhǔn)值△VREF時，會在輸出端產(chǎn)生誤差電壓△v01

。由△VREF引起的轉(zhuǎn)換誤差，叫做比例系數(shù)誤差。D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度由于4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為則由△VREF產(chǎn)生的誤差為上式標(biāo)明，由VREF引起的誤差和輸入數(shù)字量的大小成正比的，故稱為比例系數(shù)誤差。圖中的虛線為在一定的△VREF時，vo偏離理論值的情況。b.失調(diào)誤差（漂移誤差或平移誤差）D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度

由于運(yùn)算放大器的零點漂移所造成的誤差，其誤差電壓△vo2的大小與輸入的數(shù)字量無關(guān)，輸出電壓特性曲線將發(fā)生平移。如圖所示。圖11.2.18

由于模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降都不能為零，故而它們的存在肯定會引起輸出產(chǎn)生誤差電壓△vo3

。由于每個開關(guān)的導(dǎo)通電阻不一定相等，接地時和接VREF的壓降也不一定相同，故△vo3即非常數(shù)，也不和輸入數(shù)字量成正比,這種誤差就是非線性誤差，它沒有一定的規(guī)律。還有電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻阻值得偏差，也會產(chǎn)生非線性誤差△vo4

。如圖所示c.非線性誤差D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度圖11.2.19故為了獲得高精度的D/A轉(zhuǎn)換器，不僅要有高的分辨率，還要選用高穩(wěn)定度的參考電壓VREF和低漂移地運(yùn)算放大器與之配合，才可能獲得較高的轉(zhuǎn)換精度。D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度注：目前常用的有兩類D/A轉(zhuǎn)換器：一類只包含電阻網(wǎng)絡(luò)（或恒流源電路）和模擬開關(guān)；另一類除此之外還包含運(yùn)算放大器及參考電源發(fā)生電路。對于第一類必須外接參考電壓和運(yùn)算放大器，應(yīng)該注意合理確定參考電壓源穩(wěn)定度和運(yùn)算放大器的零點漂移的要求。二、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度

當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時，輸出的模擬量并不能立即達(dá)到所對應(yīng)的輸出電壓，它需要一段建立時間。通常用建立時間tset來定量描述D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。注意：建立時間tset：從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，直到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差±1LSB/2范圍以內(nèi)所用的時間。如圖所示。D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度由于數(shù)字量的變化越大，建立的時間就越長，故