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§9.2. D/A 转换. 9.2 D/A 转换. DAC 转换的基本原理：. 图 9.2.1 数模转换器示意图. 《 数字电子技术 》. 9.2 D/A 转换. 一般的数模转换器的基本组成可分为四部分，即： 电阻译码网络 、 模拟开关 、 基准电压源 和 求和运算放大器 。. 图 9.2.2 数模转换器原理图. 目前使用最广泛的 D/A 转换技术有两种：权电阻网络 D/A 转换和 T 形电阻网络 D/A 转换。. 《 数字电子技术 》. 9.2 D/A 转换. §9.2.1 权电阻网络 D/A 转换器. - PowerPoint PPT Presentation
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9.2 D/A 转换
《数字电子技术》
§9.2§9.2 D/A 转换
DAC 转换的基本原理：
图 9.2.1 数模转换器示意图
nrefO VXV 2/
nn
nn
n DXXXX
01
21
1 222 其中：
9.2 D/A 转换
《数字电子技术》
一般的数模转换器的基本组成可分为四部分，即：电阻译码网络、模拟开关、基准电压源和求和运算放大器。
图 9.2.2 数模转换器原理图
目前使用最广泛的 D/A 转换技术有两种：权电阻网络D/A 转换和 T 形电阻网络 D/A 转换。
9.2 D/A 转换
《数字电子技术》
一个多位二进制数中每一位的“ 1” 所代表的数值大小称为这一位的“权”。下面即以图 9.2.3 为例分析权电阻网络 DAC 的转换原理：
9.2.3 4 位权电阻网络 DAC
基准电压源
求和放大器
权电阻网络
模拟开关
§9.2.1 权电阻网络 D/A 转换器§9.2.1 权电阻网络 D/A 转换器
9.2 D/A 转换
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CMOS 模拟开关电路
id
id
i
i
id
9.2 D/A 转换
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由电路分析可得：
推论：对于 n 位的权电阻网络 D/A 转换器，当反馈电阻取为 R/2 时，输出电压的计算公式可写为——
结论：输出电压正比于输入的数字量，从而实现了从数字量到模拟量的转换。
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此种电路：
优点：结构比较简单，所用的电阻元件数很少；
缺点：各个电阻的阻值相差较大，尤其在位数较多时。
改进方法（一）：采用双级权电阻网络。如下例：
如何求解？
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§9.2.2 倒 T形电阻网络 D/A 转换器§9.2.2 倒 T形电阻网络 D/A 转换器
优点：可更好地克服权电阻网络 DAC 中电阻阻值相差太大的缺点。
例：
9.2.4 倒 T形电阻网络 DAC
9.2 D/A 转换
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该电路电阻网络的等效电路如下：
9.2.5 计算倒 T形电阻网络支路电流的等效电路
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推论：对 n 位输入的倒 T 形电阻网络 DAC, 在求和放大器的反馈电阻阻值为 R 的条件下 , 输出模拟电压的计算公式为 :
由电路分析 , 可得输出电压为：
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例 : 采用倒 T 形电阻网络的单片集成 DAC-——CB7520 电路原理图：
图 9.2.6 DAC——CB7520 电路原理图
9.2 D/A 转换
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【例 1】 下图是用 CB7520 和 74LS161 组成的波形发生器电路。已知 CB7520 的 VREF=-10V ，试画出输出电压 V0的波形，并标出波形图上各点电压的幅度。
9.2.7 DAC——CB7520 应用举例
9.2 D/A 转换
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§9.2.3 权电流型 D/A 转换器§9.2.3 权电流型 D/A 转换器
在权电阻网络 DAC 和倒 T 形电阻网络 DAC 中的模拟开关在实际应用中，总存在一定的导通电阻和导通压降，而且每个开关的情况又不完全相同，所以它们的存在无疑会引起转换误差，影响转换精度。
权电流型 DAC 可有效的解决这一问题。其示意图如下：
图 9.2.8 权电流型 DAC
9.2 D/A 转换
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恒流源电路常使用图 9.2.9 所示的电路结构形式：
图 9.2.9 权电流型 DAC 中的恒流源对应的输出电压为：
9.2 D/A 转换
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在实际应用的权电流型 DAC 中经常利用倒 T 形电阻网络的分流作用产生所需要的一组恒流源，如图 9.2.10 所示：
图 9.2.10 利用倒 T形电阻网络的权电流型 DAC
9.2 D/A 转换
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由电路分析知：
推论：对于输入 n 位二进制数码的这种电路结构的 DAC ，输出
电压的计算公式可写成：
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采用这种权电流型 DAC 电路生产的单片集成 DAC有 DAC0806 、 DAC0807 、 DAC0808 等。这些器件都采用双极型工艺制作，工作速度很高。
图 9.2.11 DAC0808 的电路结构框图
9.2 D/A 转换
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图 9.2.12 DAC0808 的典型应用
9.2 D/A 转换
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§9.2.4 具有双极性输出的 D/A转换器§9.2.4 具有双极性输出的 D/A转换器
前面讲的 DAC 输出电压都是单极性的，得不到正、负极性的输出电压。而具有双极性输出的 DAC
能够把以补码形式输入的正负数分别转换成正负极性的模拟电压。
下面以输入为 3 位二进制补码的情况为例，说明转换的原理。
9.2 D/A 转换
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符号位 数值位表 7-2-1 输入为 3位二进制补码时要求 DAC 的
输出
表 7-2-2 具有偏移的 DAC 的输出
9.2 D/A 转换
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其中，由 RB 和 VB 组成偏移电路，门 G 完成符号位的取反。
为使输入代码为 000 时的输出电压等于零，需使下式成立：
图 9.2.13 具有双极性输出电压的 DAC
偏移电路符号取反
9.2 D/A 转换
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§9.2.5 D/A 转换器的转换精度与转换速度§9.2.5 D/A 转换器的转换精度与转换速度
一、 DAC 的转换精度
在 DAC 中通常用分辨率和转换误差来描述转换精度。
由于 DAC 的各个环节在参数和性能上和理论值之间不可避免的存在着差异，所以实际能达到的转换精度要由转换误差来决定。
表示由各种因素引起的转换误差的一个综合性指标称为线性误差。线性误差表示实际的 D/A 转换特性和理想转换特性之间的最大偏差，如图 9.2.11 所示。线性误差一般用最低有效位的倍数表示。
9.2 D/A 转换
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图 9.2.11 DAC 的转换特性曲线
9.2 D/A 转换
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造成 DAC 转换误差的原因有 :
* 参考电压 VREF 的波动
* 运算放大器的零点漂移
* 模拟开关的导通内阻和导通压降
* 电阻网络中电阻阻值的偏差
* 三极管特性的不一致 等等。
9.2 D/A 转换
《数字电子技术》
由不同因素所导致的转换误差各有不同的特点：
1 ）若 VREF 偏离标准值△ VREF ，则由△ VREF 引起
的转换误差叫做比例系数误差，用△ VO1 表示。图 9.2.
12 中虚线表示出了当△ VREF 一定时 VO 值偏离理论值
的情况。
图 9.2.12 比例系数误差
9.2 D/A 转换
《数字电子技术》
2 ）由运算放大器的零点漂移造成的输出电压误差叫
做漂移误差或平移误差，用△ VO2 表示，如图 9.2.1
3 中虚线所示：
图 9.2.13 漂移误差
9.2 D/A 转换
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3 ）由于模拟开关的导通内阻和导通压降都不可能真正等于零，因而它们的存
在也必将在输出端产生误差电压△ VO3 ，这种性质的误差叫做非线性误差。
4 ）产生非线性误差的另一个原因是电阻网络中电阻阻值的偏差，其中也包含
了模拟开关导通电阻所带来的误差。在输出端产生的误差电压△ VO4与输入
数字量之间也是一种非线性关系。
这两种误差示于图 9.2.14 中。
图 9.2.14 非线性误差
9.2 D/A 转换
《数字电子技术》
因为这几种误差电压之间不存在固定的函数关系，所以最坏的情况下输出总的误差电压等于它们的绝对值相加，即
说明：为获得高精度的 DAC ，单纯依靠选用高分辨率的 DAC器件是不够的，还必须具有高稳定度的参考电压源 VREF 和低漂移的运算放大器与之配合使用，才可能获得较高的转换精度。
以上讨论的都是静态误差，对于动态误差，可在 DAC 的输出端附加采样——保持电路。
【例 2】在图 9.2.6 的倒 T形电阻网络 (CB7520)DAC 中，外接参考电压 VREF=-10V 。为保证 VREF偏离标准值所引起的最大误差小于 1/2LSB ，试计算 VREF的相对稳定度应取多少 ?
9.2 D/A 转换
《数字电子技术》图 9.2.18 DAC 的建立时间
二、 DAC 的转换速度 通常用建立时间 tset 来定量描述 DAC 的转换速度。
建立时间 tset 是这样定义的：从输入的数字量发生突变开始，直到输出电压进入与稳态值相差 ±1/2LSB范围以内的这段时间，称为建立时间 tset ，如图所示：
