四.权电流型DA转换器应用举例 图91-6是权电流型DA转换器DAC0808的电路结构框图,图中Db~D是8位 LSB (MSB) Do DI D D3 D4 D5 D D7 模拟开关 倒T形电阻网络 扁置电路 GND VR+ 图91-6权电流型DA转换器DAC0808的电路结构框图 数字量输入端,lo是求和电流的输出端。VRF+和VRE-接基准电流发生电路中运算放大 器的反相输入端和同相输入端。COMP供外接补偿电容之用。VCC和ⅤEE为正负电源 输入端 用DAC0808这类器件构成的DA转换器时需要外接运算放大器和产生基准电流用 的电阻R1,如图9.1-7所示 (LSB)Do- R5k92 DI D skQ DACO8O8 D 模拟量输出 (MSB)D7 数字量输入 VEE=15V
6 四． 权电流型 D/A 转换器应用举例 图 9.1—6 是权电流型 D/A 转换器 DAC0808 的电路结构框图，图中 D0～D7 是 8 位 A 基准 电流源 倒T形电阻网络 模拟开关 偏置电路 T D 7 D0 1 D3 D4 D 6 D 7 5 9 12 D 2 5 6 8 11 D 10 4 2 3 14 15 13 16 VR— VR+ VEE VCC COMP GND IO （ LSB） （ MSB） 图 9.1—6 权电流型 D/A 转换器 DAC0808 的电路结构框图 数字量输入端，IO 是求和电流的输出端。VREF+和 VREF—接基准电流发生电路中运算放大 器的反相输入端和同相输入端。COMP 供外接补偿电容之用。VCC 和 VEE 为正负电源 输入端。 用 DAC0808 这类器件构成的 D/A 转换器时需要外接运算放大器和产生基准电流用 的电阻 R1，如图 9.1—7 所示。 5 6 7 8 9 10 11 12 D D D D D D D D 0 1 2 3 4 5 6 7 vO + 5kΩ 5kΩ 5kΩ VREF 0.01μF 13 VCC=+5V VEE=-15V A 数字量输入 模拟量输出 DAC0808 （ LSB） （ MSB） 14 15 2 4 16 3 Rf R1
图91-7DAC0808DA转换器的典型应用 在VREF=10V、R1=5k9、R=5k9的情况下,根据式(9.1.7)可知输出电压为 D.2 D1·2 当输入的数字量在全0和全1之间变化时,输出模拟电压的变化范围为0~996V。 五.D/A转换器的主要技术指标 转换精度 DA转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述 (1)分辨率——DA转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 输入数字量位数越多,输出电压可分离的等级越多,即分辨率越高。在实际应用中, 往往用输入数字量的位数表示DA转换器的分辨率。此外,DA转换器也可以用能分辨 的最小输出电压(此时输入的数字代码只有最低有效位为1,其余各位都是0)与最大输 出电压(此时输入的数字代码各有效位全为1)之比给出。N位DA转换器的分辨率可 表示为1。它表示DA转换器在理论上可以达到的精度 (2)转换误差 转换误差的来源很多,转换器中各元件参数值的误差,基准电源不够稳定和运算放 大器的零漂的影响等 D/A转换器的绝对误差(或绝对精度)是指输入端加入最大数字量(全1)时,D/A 转换器的理论值与实际值之差。该误差值应低于LSB/2 例如,一个8位的D/A转换器,对应最大数字量(FH)的模拟理论输出值为 255 VF所以实际值不应超过( 255,1 256 256512 2转换速度 (1)建立时间(tset)—一指输入数字量变化时,输出电压变化到相应稳定电压值所 需时间。一般用DA转换器输入的数字量NB从全0变为全1时,输出电压达到规定的 误差范围(±LSB2)时所需时间表示。DA转换器的建立时间较快,单片集成DA转 换器建立时间最短可达0.1μS以内 (2)转换速率(SR)—一大信号工作状态下模拟电压的变化率 温度系数——指在输入不变的情况下,输出模拟电压随温度变化产生的变化量。 一般用满刻度输出条件下温度每升高1℃,输出电压变化的百分数作为温度系数
7 图 9.1—7 DAC0808 D/A 转换器的典型应用 在 VREF=10V、R1=5kΩ、Rf=5kΩ的情况下，根据式（9.1.7）可知输出电压为 = = = = 7 0 8 7 0 1 8 2 2 10 2 2 i i i i i i f REF O D D R R V v 当输入的数字量在全 0 和全 1 之间变化时，输出模拟电压的变化范围为 0～9.96V。 五． D/A 转换器的主要技术指标 1. 转换精度 D/A 转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。 （1）分辨率——D/A 转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 输入数字量位数越多，输出电压可分离的等级越多，即分辨率越高。在实际应用中， 往往用输入数字量的位数表示 D/A 转换器的分辨率。此外，D/A 转换器也可以用能分辨 的最小输出电压（此时输入的数字代码只有最低有效位为 1，其余各位都是 0）与最大输 出电压（此时输入的数字代码各有效位全为 1）之比给出。N 位 D/A 转换器的分辨率可 表示为 2 1 1 − n 。它表示 D/A 转换器在理论上可以达到的精度。 （2）转换误差 转换误差的来源很多，转换器中各元件参数值的误差，基准电源不够稳定和运算放 大器的零漂 的影响等。 D/A 转换器的绝对误差（或绝对精度）是指输入端加入最大数字量（全 1）时，D/A 转换器的理论值与实际值之差。该误差值应低于 LSB/2。 例如，一个 8 位的 D/A 转换器，对应最大数字量（FFH）的模拟理论输出值为 REF 256 255 V , LSB 2 1 = REF 512 1 V 所以实际值不应超过 REF ) 512 1 256 255 ( V 。 2.转换速度 （1）建立时间（tset）——指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所 需时间。一般用 D/A 转换器输入的数字量 NB 从全 0 变为全 1 时，输出电压达到规定的 误差范围（±LSB/2）时所需时间表示。D/A 转换器的建立时间较快，单片集成 D/A 转 换器建立时间最短可达 0.1μS 以内。 （2）转换速率（SR）——大信号工作状态下模拟电压的变化率。 3. 温度系数——指在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。 一般用满刻度输出条件下温度每升高 1℃，输出电压变化的百分数作为温度系数
9.2A/D转换器 AD转换的一般步骤和取样定理 cR几LL ADC的 (t)|量化编码电路 工 数字量输出(n位) ADC 取样保持电路 输入模拟电压 取样展宽信号 图92-1模拟量到数字量的转换过程 在AD转换器中,因为输入的模拟信号在时间上是连续量,而输出的数字信号代码 是离散量,所以进行转换时必须在一系列选定的瞬间(亦即时间坐标轴上的一些规定点 上)对输入的模拟信号取样,然后再把这些取样值转换为输出的数字量。因此,一般的 AD转换过程是通过取样、保持、量化和编码这四个步骤完成的 1.取样定理 可以证明,为了正确无误地用图92—2中所示的取样信号w表示模拟信号w,必须 满足: fs≥2f1m 式中斥取样频率,∫m为输入信号n的最高频率分量的频率。 在满足取样定理的条件下,可以用一个低通滤波器将信号w还原为η,这个低通滤 波器的电压传输系数|4在低于fm的范围内应保持不变,而在后一厂m以前应迅速下 降为零,如图9.2-3所示。因此,取样定理规定了AD转换的频率下限
8 9.2 A/D 转换器 一．A/D 转换的一般步骤和取样定理 CPS S ADC 取样保持电路 ADC的 量化编码电路 . . . D D D n-1 1 0 I v（ t） v（I t） 输入模拟电压 取样展宽信号 数字量输出（n位） 图 9.2—1 模拟量到数字量的转换过程 在 A/D 转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续量，而输出的数字信号代码 是离散量，所以进行转换时必须在一系列选定的瞬间（亦即时间坐标轴上的一些规定点 上）对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换为输出的数字量。因此，一般的 A/D 转换过程是通过取样、保持、量化和编码这四个步骤完成的。 1. 取样定理 可以证明，为了正确无误地用图 9.2—2 中所示的取样信号 vS表示模拟信号 vI，必须 满足： S 2 i max f f 式中 fS取样频率，fimax 为输入信号 vI的最高频率分量的频率。 在满足取样定理的条件下，可以用一个低通滤波器将信号 vS还原为 vI，这个低通滤 波器的电压传输系数 A( f ) 在低于 fimax 的范围内应保持不变，而在 fS－fimax 以前应迅速下 降为零，如图 9.2—3 所示。因此，取样定理规定了 A/D 转换的频率下限