D/A转换原理及常用倒T型电阻解码网络的介绍

（1）D/A转换的基本概念

D/A转换器是利用电阻网络和模拟开关，将多位二进制数D转换为与之成比例的模拟量的一种转换电路，因此，输入应是一个n位的二进制数，它可以按二进制数转换为十进制数的通式展开为：

D_n=d_n-1×2^n-1+d_n-2×2^n-2+……+d₁×2¹+d₀×2⁰

而输出应当是与输入的数字量成比例的模拟量A为：

A=KD_n=K（d_n-1×2^n-1+d_n-2×2^n-2+……+d₁×2¹+d₀×2⁰）

式中，K为转换系数。其转换过程是把输入的二进制数中为1的每一位代码，按每位权的大小，转换成相应的模拟量，然后将各位转换以后的模拟量，经求和运算放大器相加，其和便是与被转换数字量成正比的模拟量，从而实现了数模转换。一般的D/A转换器输出的A是正比于输入数字量D的模拟电压量。比例系数K为一个常数，单位为伏特。

（2）倒T型电阻解码网络D/A转换器

倒T型电阻解码网络D/A转换器是目前使用最为广泛的一种形式，其电路结构如图7-18所示。

图7-18 R-2R倒T型电阻解码网络D/A转换电路

当输入数字信号的任何一位是“1”时，对应开关便将2R电阻接到运放反相输入端，而当其为“0”时，则将电阻2R接地。由图3-75可知，按照虚短、虚断的近似计算方法，求和放大器反相输入端的电位为虚地，所以无论开关合到那一边，都相当于接到了“地”电位上。在图示开关状态下，从最左侧将电阻折算到最右侧，先是2R//2R，电阻值为R，再和R串联，又是2R，一直折算到最右侧，电阻仍为R，则可写出电流I的表达式为：

只要V_REF选定，电流I为常数。流过每个支路的电流从右向左，分别为、、、…。当输入的数字信号为“1”时，电流流向运放的反相输入端；当输入的数字信号为“0”时，电流流向地，可写出I∑的表达式：

在求和放大器的反馈电阻等于R的条件下，输出模拟电压为：

与权电阻解码网络相比，该类型网络所用的电阻阻值仅两种，串联臂为R，并联臂为2R，便于制造和扩展位数。

（3）集成D/A转换器AD7524

AD7524是CMOS单片低功耗8位D/A转换器，采用倒T型电阻网络结构，型号中的“AD”表示美国的芯片生产公司模拟器件公司的代号。图7-19所示为其典型实用电路。

图中供电压V_DD为+5～+15V。D₀～D₇为输入数据，可输入TTL/CMOS电平。为片选信号，为写入命令，V_REF为参考电源，可正、可负。I_OUT是模拟电流输出，一正一负。A为运算放大器，将电流输出转换为电压输出，输出电压的数值可通过接在16脚与输出端的外接反馈电阻R_FB进行调节。16脚内部已经集成了一个电阻，所以外接的R_FB可为零，即将16脚与输出端短路。AD7524的功能表如表7-10所示。

当片选信号与写入命令为低电平时，AD7524处于写入状态，可将D₀～D₇的数据写入寄存器并转换成模拟电压输出。当R_FB=0时，输出电压与输入数字量的关系如下：

图7-19 AD7524典型实用电路

表7-10 AD7524功能

（4）集成D/A转换器DAC0832

DAC0832是8位梯形电阻式D/A转换器，该芯片内有数据锁存器，输出电流稳定时间1μs，功耗20mW。图7-20所示为DAC0832的引脚排列及内部结构框图，主要引脚的功能如下：

图7-20 DACO832引脚名称及结构框图(www.xing528.com)

a）引脚排列 b）结构框图

D0～D7：数据输入线，TTL电平；

ILE：数据锁存器允许控制信号输入线，高电平有效；

CS：片选信号线，低电平有效；

：数据锁存器写选通信号线，负脉冲有效，当为0，为0，ILE为1时，D0～D7上的数据被锁存到数据锁存器；

：DAC寄存器数据输入控制信号线，低电平有效；

：DAC寄存器写选通信号线，负脉冲有效，当和都为低电平时，数据锁存器的状态被传送到DAC寄存器中；

I_out1：电流输出线，当输入数据为“0FFH”时最大；

I_out2：电流输出线，其值与I_out1之和为一常数；

Rf：反馈信号输入线；

V_REF：基准电压输入线，取值范围为-10～+10V。

从图7-21可以看出DAC0832有一个数据锁存器和一个寄存器，使用时可以先把数据送入锁存器，然后再送入寄存器，也可以“同时”送入。

图7-21 DAC0832的单缓冲工作电路

DAC0832属于电流型输出，应用时需外接运算放大器使之成为电压型输出，DAC0832有单缓冲、双缓冲二种工作方式。图7-21是单缓冲器应用方式。当只有一路模拟量输出，或虽然有几路模拟量，但不需要作同步输出时，就可采用单缓冲器方式。

（5）D/A转换器的性能指标

D/A转换器的转换精度有两种表示方法：分辨率和转换精度。

1）分辨率

它是用以说明D/A转换器在理论上可达到的精度。用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度，显然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。所以实际应用中，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转换器的分辨率也定义为电路所能分辨的最小输出电压U_LSB与最大输出电压U_m之比来表示，即：

上式说明，输入数字代码的位数n越多，可分辨值越小，分辨能力越高，例如，5G7520十位D/A转换器的分辨率为：

2）转换误差

它是用以说明D/A转换器实际上能达到的转换精度。转换误差可用输出电压满度值的百分数表示，也可用LSB的倍数表示。例如，转换误为1/2LSB，用以表示输出模拟电压的绝对误差等于当输入数字量的LSB为1，其余各位均为0时输出模拟电压的二分之一。转换误差又分静态误差和动态误差。产生静态误差的原因有：基准电源V_REF的不稳定，运放的零点漂移，模拟开关导通时的内阻和压降以及电阻网络中阻值的偏差等。动态误差则是在转换的动态过程中产生的附加误差，它是由于电路中的分布参数的影响，使各位的电压信号到达解码网络输出端的时间不同所致。

3）建立时间t_set

它是在输入数字量各位由全0变为全1，或由全1变为全0，输出电压达到某一规定值（例如最小值取或满度值的0.01%）所需要的时间。目前，在内部只含有解码网络和模拟开关的单片集成D/A转换器中，t_set≤0.1μs；在内部还包含有基准电源及求和运算放大器的集成D/A转换器中，最短的建立时间在1.5μs左右。

4）转换速率S_R

它是在大信号工作时，即输入数字量的各位由全0变为全1，或由全1变为0时，输出电压u_o的变化率。这个参数与运算放大器的压摆率类似。