电气检测技术5.5.ppt

5.5 D/A转换原理 及常用器件 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。 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。 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： 常用解码网络： 1、权电阻解码网 2、R-2R梯形解码网 R-2R梯形解码网 1)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： 3)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： 4)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。 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。 1)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。 2)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。 3)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。 2、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。 3、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。 4、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。? 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 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。 5、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。 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