電氣檢測(cè)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(gè)混合系統(tǒng)。

電氣檢測(cè)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(kāi)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(cè)技術(shù)2對(duì)于D/A轉(zhuǎn)換器，基本要求是輸出電壓U0應(yīng)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(cè)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(cè)技術(shù)4R-2R梯形解碼網(wǎng)電氣檢測(cè)技術(shù)5

1)電阻Rx為終端電阻，通常接地；

2)模擬開(kāi)關(guān)S1、…、Sn由輸入數(shù)字量D控制，輸入高電平‘1’時(shí)，控制開(kāi)關(guān)接通‘1’端，低電平時(shí)，接通‘0’，無(wú)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(lái)看，整個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻RIN=R；

輸入電流：同理得：

電氣檢測(cè)技術(shù)6

3)對(duì)輸入端B，總的輸入電流為I：

當(dāng)B點(diǎn)的電流平衡時(shí)，可以得到：可得輸出電壓為：電氣檢測(cè)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(dá)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(yùn)放。電氣檢測(cè)技術(shù)8二、主要性能指標(biāo)

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(chēng)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(shuō)明書(shū)給出各項(xiàng)誤差而不給出綜合誤差。電氣檢測(cè)技術(shù)9

1)零位誤差DAC輸入全0時(shí)，模擬量輸出偏離理想值的偏差量。由運(yùn)放輸出失調(diào)電壓引起，與輸入數(shù)字量無(wú)關(guān)通過(guò)DAC調(diào)零端或外接校正電路，調(diào)整運(yùn)放零位等方法在一定溫度下補(bǔ)償零位偏移誤差。電氣檢測(cè)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(shí)際增益與理想增益間誤差稱(chēng)為增益誤差。增益誤差是基準(zhǔn)電壓源偏移，運(yùn)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(mǎn)刻度時(shí)增益誤差最大。使用時(shí)，首先校正零位誤差，微調(diào)基準(zhǔn)電壓(或電流)或微調(diào)運(yùn)放反饋電阻來(lái)對(duì)增益誤差進(jìn)行補(bǔ)償。電氣檢測(cè)技術(shù)11

3)非線性誤差

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

2、分辨率輸入數(shù)字量變化一個(gè)最小單位時(shí)，輸出模擬量的變化量與滿(mǎn)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(cè)技術(shù)13

3、線性度

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

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

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

實(shí)際轉(zhuǎn)換時(shí)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(shí)間最長(zhǎng)。

電氣檢測(cè)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(shí)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(shí)間>100微秒電氣檢測(cè)技術(shù)16注意：

DAC本身的轉(zhuǎn)換時(shí)間相對(duì)較短，而將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出的運(yùn)算放大器電路(DAC集成或外接)，一般而言其動(dòng)態(tài)響應(yīng)較低。因此DAC轉(zhuǎn)換的時(shí)間，往往決定于所選用的運(yùn)放的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。通常，在DAC的輸出端，需要采用高速運(yùn)放，組成整個(gè)的輸出電路。電氣檢測(cè)技術(shù)175、輸入數(shù)字量的形式大部分DAC只接收自然二進(jìn)制數(shù)字代碼，少數(shù)可按收BCD碼等其它二進(jìn)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(duì)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(cè)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(jì)，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(shí)，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(cè)技術(shù)19

6、基準(zhǔn)電源解碼網(wǎng)用基準(zhǔn)電源是唯一影響輸出結(jié)果的模擬量參量，基準(zhǔn)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(jiǎn)化接口電路。需要外接參考電源時(shí)，根據(jù)DAC的給出的所允許的參考電壓的波動(dòng)范圍，選用或設(shè)計(jì)低頻、高精度電源電路。電氣檢測(cè)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(lèi)。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(cè)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(lèi)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(cè)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(hào)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(yùn)放電路；

d、需外接基準(zhǔn)電壓源；

e、單電源供電(5V-15V)；

f、電流輸出型，電流穩(wěn)定時(shí)間在1微秒左右。電氣檢測(cè)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(cè)技術(shù)24雙極性輸出電路：電氣檢測(cè)技術(shù)25這類(lèi)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(cè)技術(shù)262、DAC0800系列DAC0800系列的DAC包括DAC0800、DAC0801、DAC0802、DAC0803等，這一類(lèi)的DAC為8Bit不帶輸入鎖存，因此在與控制器接口時(shí)，一般需要外接鎖存電路。電氣檢測(cè)技術(shù)273、10Bit