原创 模拟量输出通道之D/A转换器的工作原理和性能指标

数字计算机对模拟设备（要求出入模拟量的设备）进行控制，用模拟量显示设备（如指针式仪表）对参数进行显示，D/A转换器（把数字量转换为模拟量的器件）是不可缺少的。D/A转换器简写作DAC。D/A转换器的种类很多。就输入至D/A转换器的数字量的位数分，有8位，10位，12位，16位等。就输送至D/A转换器的数码形成分，有二进制码和BCD码输入等D/A转换器。就传输数字量的方式分，有并行的和串行的D/A转换器两类。就转换器速度而言，可分为权电阻型（电流输出型）和R-2R电阻网络型（电压输出型）。从DAC与单片机的接口的角度出发，DAC又可分为有输入锁存器和没有锁存器两类。

本节叙述D/A转换器的工作原理、性能、指标，常用D/A转换器芯片及D/A转换器与微型机的接口等问题。

2.3.2.1DAC的工作原理

1）R-2R电阻网络型DAC的工作原理

R-2R电阻网络型DAC也称为T形电阻DAC。这是一种电压输出型DAC。图 8.1.1是这种四位DAC的电原理图。

2）权电阻型（电流输出型）DAC的工作原理

3）非线性（线性度）

非线性也称为线性度或非线性误差，用它来说明D/A转换器的直线性的好坏。它是在D/A转换器的零点调整好（使D=00H时，模拟量输出为零）和增益调整好后，实际的模拟量输出V与理论值之差。非线性可以用百分数或位表示。例如，±1%是指实际输出值与理论值之偏差在满刻度的±1%以内。也可以用位数表示。例如，非线性为10位，即表示偏差在（±满刻度）/ 2 10=±0.1%以内。

4）相对刻度

是指在满刻度已校准的情况下，在整个刻度范围内，对应于任一输入数码的模拟量输出与它的理论值之差。有两种表示相对精度的方法，一种用数字量的最低有效值LSB表示，另一种用该偏差相对满刻度的百分比表示。

5）绝对精度（简称精度）

指对应于满刻度的数字量，DAC的实际输出与理论值之间的误差。绝对精度是由DAC的增益误差、零点误差（数字量输入为全0时DAC的输出）、非线性误差和噪音引起的。绝对精度应小于2~-n，即1LSB（1LSB最低有效位）。

6）建立时间

是指输入的数字量从发生满刻度变化（例如从00H变到FFH+01H）时起，直到输出达到终值的±1LSB所需的时间。建立时间即D/A转换时间。电流输出型DAC建立时间短。电压输出型DAC的建立时间主要决定于运算放大器的过渡过程。

7）转换时间

D/A转换器的转换时间，指从接收一组数字量，到完成转换输出模拟量这一过程所需要的时间。由于D/A转换器并行接收数字量输入，每位代码是同时转换为模拟量的，所以这种转换的速度很快，一般为微妙级，有的可短到几十纳秒。

一般情况下，D/A转换芯片中，都含有数字量输入锁存环节，可以对所接收的一组数字量进行锁存，在D/A转换器接收下一组数字量之前，该锁存器的内容保持不变，相应的模拟量输出也保持不变，这就是D/A转换器的零阶保持功能。