ADC0809的D/A转换电路设计

7.5.1　ADC0809的D/A转换思想

ADC0809的D/A转换采用的是逐次比较方法，所谓的“逐次比较”实际是一种“试权”的方法，类似于天平称重的原理。

在A/D转换启动脉冲的作用下，移位寄存器先将10000000置入数据寄存器，并由D/A转换电路进行数/模转换，转换结果v′o送入电压比较器与输入的模拟量vi进行比较，若v′o＜vi，电压比较器输出为1；否则输出0。

第一个时钟脉冲上升沿后，上一次比较结果送入数据寄存器的D7位，同时D6位被置l，重复上述操作，直到最低位（D0）转换结束。

7.5.2　开关树型D/A转换电路

1.电路功能

图7-26所示为ADC0809的逐次比较电路的结构框图。

由图可见，开关树型D/A转换电路是ADC0809中模/数转换的关键电路，负责将逐次比较寄存器的数字量转换成模拟量与输入模拟量进行比较。

图7-26　逐次比较电路结构框图

微课　开关树型D/A转换电路

2.电路结构

开关树型D/A转换电路如图7-27所示，为简化原理，以4位数码转换电路为例。

由图可见，开关树型D/A转换电路由电子开关、权电阻网络和求和电路三部分构成。

（1）电子开关。

Sn是受锁存器输入的数字量Dn控制的电子开关，当Dn=1时开关闭合，Dn=0时开关断开。

（2）权电阻网络。

图7-27　开关树型D/A转换电路结构

电阻R、R/2、R/4、R/8构成权电阻网络，分别接于电子开关S0、S1、S2、S3控制的分支电路中，当开关Sn闭合时，权电阻R/2n接入电路。

（3）求和电路。

求和电路是由集成运算放大器与反馈电阻构成的反相比例运算放大电路。

VREF为转换基准电压。

3.电路原理

（1）权电阻网络电流计算。

由图7-27知，当电子开关S3～S0闭合时，根据基尔霍夫电压定律，有

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当电子开关Sn断开时，相应的电路电流in=0。

上述各式中，U-为集成运算放大器反相输入端电位，根据集成运算放大器的“虚短”特性，有U-=U+=0。

因开关的状态受锁存器输入的数字量Dn的控制，Dn=1时开关Sn闭合，Dn=0时开关Sn断开。故上述各式可表示为

根据基尔霍夫电流定律，则有

对于n位的D/A转换电路，上式应为

（2）输出电压计算。

在求和电路中，根据基尔霍夫电流定律，有

又根据集成运算放大器的“虚断”特性，有i-≈0，所以有if=iΣ。

再根据基尔霍夫电压定律，有

代入U-和iΣ、Rf=R则得

推广到n位数字量，转换结果为

由此可见，模/数转换实质就是将输入的二进制数加权，再乘以基准电压。

4.D/A转换器的主要技术参数

（1）分辨率。

DA转换器对输入微小量变化的敏感程度，称为分辨率。用输出模拟电压被分离的级数表示，n位模/数转换器的分辨率为2n。

（2）转换精度。

因元件参数误差、基准电压不稳、集成运算放大器零点漂移等原因，转换器输出的模拟量与理想值之间存在差距，误差的最大值称为转换精度。

（3）转换速度。

输入数字量变化时，输出模拟量达到规定误差范围所需的时间，称为转换速度。

（4）温度系数。

D/A转换器的温度系数是指输入不变情况下，输出模拟量随温度变化产生的变化量。用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分比表示。