【正文】 D/A轉(zhuǎn)換器 單極性電壓輸出的電路如下： 對(duì)圖（ a)有 fO RiV ???+ RF i∑ 倒 T形 電阻網(wǎng) 絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器 VO D0 D1 Dn1 VREF (a)反相輸出 D/A轉(zhuǎn)換器的單極性電壓輸出 對(duì)圖（ b)有 ?????? ???121RRRiVO D/A轉(zhuǎn)換器的單極性電壓輸出 + i∑ 倒 T形 電阻網(wǎng) 絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器 VO D0 D1 Dn1 VREF R1 R2 R (b)同相輸出 在實(shí)際應(yīng)用中， D/A轉(zhuǎn)換器 輸入的數(shù)字量有正極性也有負(fù)極性。這就要求 D/A轉(zhuǎn)換器能將不同極性的數(shù)字量對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為正、負(fù)極性的模擬電壓，工作于雙極性方式。雙極性 D/A轉(zhuǎn)換器常用的編碼有： 2的補(bǔ)碼、偏移二進(jìn)制碼及符號(hào) 數(shù)值碼（符號(hào)位加數(shù)值碼）等。 下表是對(duì)應(yīng)關(guān)系。 表 常用雙極性及輸出模擬量 十進(jìn) 制數(shù) 2的補(bǔ)碼 偏移二進(jìn)制碼 模擬量 D7 D6 D5 D4 D3 D2D1D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0 VO/ VLSB 127 126 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 ： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 ： 127 126 ： 1 0 1 127 128 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 ： 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 ： 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 ： 127 128 256R E FL S B VV ?表中比較表 912和表 911可見 ， 偏移二進(jìn)制碼 與無(wú)符號(hào)二進(jìn)制碼形式上相同，它實(shí)際上是將二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)的模擬量的 0值偏移至 80H， 使偏移后的數(shù)中，只有大于128的才是正數(shù)，而小于 128的則為負(fù)數(shù)。所以，若將單極性 8位 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓減去 VREF/2(80H所對(duì)應(yīng)的模擬量），就可得到極性正確的 偏移二進(jìn)制碼 輸出電壓 。 若 D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量是 2的補(bǔ)碼，則先將它轉(zhuǎn)換為 偏移二進(jìn)制碼 ， 然后輸入到上述 D/A轉(zhuǎn)換電路中就可實(shí)現(xiàn)其雙極性輸出。而 2的補(bǔ)碼加 80H并舍棄進(jìn)位就可得到 偏移二進(jìn)制碼 。 實(shí)現(xiàn) 2的補(bǔ)碼加 80H只需將 2的補(bǔ)碼的高位求反即可。 于是可得采用 2的補(bǔ)碼輸入的 8位雙極性輸出 D/A轉(zhuǎn)換電路如下： 由圖得 ? ?? ?222217778R E FBR E FR E FIOVDDNVVVV???????????????????????A1 2R1 D0 8位倒 T形電阻 網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 D1 VREF 1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 i∑ + R=Rf VI + R1 VO NB R1 A2 915 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) ⒈分辨率 分辨率是 D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入微小量變化敏感程度 的表征。其定義為 D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能 被分離的等級(jí)數(shù)。等級(jí)越多，分辨率愈高。所以，實(shí)際應(yīng)用中， n位 D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸入數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示，也可以用級(jí)數(shù) 2n表示，還可以用分辨最小輸出電壓與最大輸出電壓之比表示，即 n位 D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為 121?n它表示 D/A轉(zhuǎn)換器在理論上可以達(dá)到的精度 。 915 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 2. 轉(zhuǎn)換精度 D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的模擬量與理論值之間存在誤差，因而將這些誤差的最大值定義為轉(zhuǎn)換精度。 轉(zhuǎn)換誤差有 比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差和非線性誤差。 （ 1）比例系數(shù)誤差： 實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線的斜率與理想特性曲線斜率的偏差。如在 n位倒 T形電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器中，當(dāng) VREF偏離標(biāo)準(zhǔn)值 △ VREF時(shí)，就會(huì)在輸出端產(chǎn)生誤差電壓△ VO 所示。圖誤差如三位轉(zhuǎn)換器的比例系數(shù)數(shù)誤差。引起的誤差屬于比例系由10192210????????REFniiifnREFVDRRV△ VO = 001 010 011 100 101 110 111 VO/VREF 0 7/8 3/8 5/8 1/2 3/8 1/4 1/8 △ vo 理想 實(shí)際 比例系數(shù)誤差 圖 3位 D/A轉(zhuǎn)換器的比例系數(shù)誤差 （ 2）失調(diào)誤差 ： 由運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移引起，其大小與輸入數(shù)字量無(wú)關(guān)，該誤差使輸出電壓的轉(zhuǎn)換特性曲線發(fā)生平移， 3位 D/A轉(zhuǎn)換器的失調(diào)誤差如圖所示。 圖 3位 D/A轉(zhuǎn)換器的失調(diào)誤差 失調(diào)誤差 為模擬量的實(shí)際起始數(shù)值與理想起始數(shù)值之差。 001 010 011 100 101 110 111 VO/VREF 0 7/8 3/8 5/8 1/2 3/8 1/4 1/8 △ vo 理想 實(shí)際 (3) 非線性誤差 :是一種沒有一定變化規(guī)律的誤差，一般用在滿刻度范圍內(nèi)，偏移理想的轉(zhuǎn)移特性的最大值來(lái)表示。模擬開關(guān)處于不同的位置有不同的導(dǎo)通電壓和導(dǎo)通電阻，各電阻支路電阻誤差不同等都可能導(dǎo)致非線性誤差。 綜上所述，高精度的 D/A轉(zhuǎn)換器必需是高分辨率的 D/A轉(zhuǎn)換器、高穩(wěn)定度的 VREF和低零點(diǎn)漂移的運(yùn)放相配合才能實(shí)現(xiàn)。 3. 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(shí)，輸出的模擬 量并不是立即達(dá)到所對(duì)應(yīng)的值，它需要一定的時(shí)間。 通常用建立時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率兩參數(shù)來(lái)描述 D/A轉(zhuǎn)換器 的轉(zhuǎn)換速度。 建立時(shí)間（ tset)： 輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時(shí) ,輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定值 (達(dá)到誤差 177。 LSB/2時(shí)）所需時(shí)間。一般用全 0變到全 1需時(shí)表示 轉(zhuǎn)換速率（ SR)： 大信號(hào)工作狀態(tài)下模擬電壓的最大變化率。 4. 溫度系數(shù) ： 輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨 溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度時(shí)溫度升 1度 輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為 溫度系數(shù) 。 916 D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用 前已介紹， AD7533D/A轉(zhuǎn)換器 是 10位 CMOS電流開關(guān)形 D/A轉(zhuǎn)換器。電路如下。 2R + RF 2R D9 R R 2R 2R D7 D8 v0 +VREF R 10kΩ 20kΩ 10kΩ IOUT1 IOUT2 R 2R 2R 2R D0 D1 D2 R R 圖 AD7533內(nèi)部電路 D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用廣泛，舉例如下： 1. 數(shù)字式可編程增益控制電路 ???? ???????? 9010901022,22iiiIOViiiOIDVVADRVRV根據(jù)虛地原理，由圖得 2R I=VI/R VO/R + RF 2R D9 R R 2R 2R D7 D8 VREF R IOUT1 IOUT2 R 2R 2R 2R D0 D1 D2 R R 圖 數(shù)字式可編程增益控制電路 vI VO AD7533 ⑵ 脈沖波產(chǎn)生電路 由 AD753 運(yùn)算放大器及 4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LVC163（ 同步清零）組成的波形產(chǎn)生電路如圖 （ a） 所示。 圖 波形產(chǎn)生電路 （ a） 電路 計(jì)數(shù)器采用反饋清零法，組成模 10計(jì)數(shù)器。在時(shí)鐘脈沖作用下，輸出狀態(tài)為 0000～ 1001。 圖 波形產(chǎn)生電路 （ a） 電路 （ b） 工作波形 前已分析，計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)為0000～ 1001。 ? ???????1022niiinR E FO DVV由公式 可得 VO波形如圖（ b） 如采用可逆計(jì)數(shù)器可得三角波。 92 A/D(模數(shù) )轉(zhuǎn)換器（ ADC） A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程 三、量化和編碼 二、取樣定理 fS≥2 fimax 一、 A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟 取樣 ——保持 ——量化 ——編碼 A/D轉(zhuǎn)換器要將時(shí)間上連續(xù) ， 幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散 ， 幅值也離散的數(shù)字信號(hào) ， 它一般要包括 取樣 ， 保持 ， 量化及編碼 4個(gè)過(guò)程 。 A/D轉(zhuǎn)換器概述 ADC Dn~D0 輸出數(shù)字量 I?輸入模擬電壓 能將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量 。 A/D功能 : 1. 取樣與保持 取樣是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散的模擬量 S(t) vO(t) t O O vI(t) O t t (b)各信號(hào)波形 TS 圖 取樣過(guò)程 采樣信號(hào) S(t)的頻率愈高，所采得信號(hào)經(jīng)低通濾波器后愈能真實(shí)地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)。合理的采樣頻率 fs由采樣定理確定 。 則 fs ≥ 2 fimax () vO(t) vI(t) S(t) (a)傳輸門 TG 如 fimax為輸入信號(hào)最高頻率分量的頻率 要將取樣電路每次采得模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)都需要一定時(shí)間，為了給后續(xù)的量化編碼過(guò)程提供一個(gè)穩(wěn)定的值，在取樣電路后要保加持電路，將所采樣的模擬信號(hào)保持一段時(shí)間。取樣與保持過(guò)程往往是通過(guò)采樣與保持電路同時(shí)完成的。 t t t 6 t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 t 0 0 電路要求： AV1?AV2= 1 ,A1 的 Ri 高， A2 的 Ri 高、 Ro低。 采樣 ? I A1 A 2 S C H 開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路 采樣 — 保持控制電路 ? O 不能放電 保持 1. 取樣與保持 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程 （ 1）電路及工作原理 工作原理： 在 t=t0時(shí)，開關(guān) S 閉合，電容被迅速 充電，由于 AV1 AV2=1 因此 VO=VI,在 t0~t1時(shí)間 間隔內(nèi) 是取樣階段。 當(dāng) t=t1時(shí)刻，開關(guān) S斷開 ,進(jìn)入 t1到 t2的保持階段。 (b)波形圖 (a)原理圖 ■ 實(shí)際 取樣 —保持電路 LF198 經(jīng)改進(jìn)的電路及工作原理 + + L A1 A2 uI uL D2 D1 R1 30K R2 300 uO u’O S Ch 運(yùn)放均作為電壓跟隨器使用 uO= u’O=uI 由 uL來(lái)控制開關(guān) S的通斷： uL=1， S閉合；否則 S斷開 S閉合時(shí)外接電容上的電壓也等于 uI，并在 S斷開后使 uo也保持不變。 ■ 實(shí)際 取樣 —保持電路 LF198 單片集成取樣 —保持電路 LF198 LF198 UB V+ V uI uL Ch 4 5 1 2 uO 3 8 7 6 偏置電源 ⒉ 量化與編碼 ■ 為將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在 A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，還必需將取樣 保持電路的輸出電壓，按某種近似方式歸化到與之相應(yīng)的離散電平上。即將輸出電壓表示為最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，這一轉(zhuǎn)化過(guò)程稱為數(shù)值量化，簡(jiǎn)稱量化。 ■ 量化后的數(shù)值最后還須通過(guò)編碼過(guò)程用一個(gè)代碼表示 出來(lái)。編碼后得到的代碼就是 A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。 ■ 量化過(guò)程中所取最小數(shù)量單位稱為量化單位，用△ 表示。它是數(shù)字信號(hào)最低位為 1時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量， 即 1LSB。 量化誤差 ： 量化過(guò)程中由于取樣電壓不一定能被