D/A转换器的基本特性

1.D/A转换器的基本原理

数模（D/A）转换器用于数字量到模拟量的转换，其基本结构如图7.1所示。

图7.1　数模（D/A）转换器的基本结构

D/A转换器主要由受数字控制的开关及电阻网络构成。当输入的数字量发生变化时，受其控制的开关改变电阻网络而输出与之相对应的电压或电流。当输出的模拟量为电流时，需外接的运算放大器将其转换为电压量。

如D/A转换器仅由受数字控制的开关及电阻网络构成，在内部没有数据锁存器，称为不带锁存器的D/A转换器。这类D/A转换器采用并行数据输入的形式，当外界的数据变化时，其模拟输出随之发生变化。

如D/A转换器除了包括开关及电阻网络外，还包括了输入数字锁存器。当输入的数字量进入锁存器后其输出电压或电流才随之变化，称为带锁存器的D/A转换器。数据输入可采用并行或串行的方式，并行方式的带锁存器的D/A转换器能直接与CPU的数据总线相连，而串行方式的D/A转换器必须通过串行接口才能与CPU相连，串行接口采用了类似于SPI、I2C的通信标准。

2.D/A转换器的主要技术指标

（1）分辨率(www.xing528.com)

分辨率是指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时，所对应的输出模拟量（电压或电流）的变化量。它反映了输出模拟量的最小变化值。

分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS/2n。FS表示满量程输入值，n为二进制位数。对于5V的满量程，采用8位的DAC时，分辨率为5V/256＝19.5mV；当采用12位的DAC时，分辨率则为5V/4096＝1.22mV。显然，位数越多分辨率就越高。

（2）线性度

线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数表示。如±1%是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±1%以内。

（3）绝对精度和相对精度

绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。绝对精度是由DAC的增益误差（当输入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数码输入为全0时，DAC的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起的。绝对精度（即最大误差）应小于1个LSB。

相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的百分比表示。

（4）建立时间建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时，输出模拟信号达到满刻度值的所需的时间。是描述D/A转换速率的一个动态指标。

应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概念不同。DAC的位数多时，分辨率会提高，对应于影响精度的量化误差会减小。但其他误差（如温度漂移、基准电压VREF的波动、运放的零点漂移，电组网络中电阻阻值偏差等原因等）的影响仍会使DAC的精度变差。