數模轉換器

數模轉換器，又稱D/A轉換器，簡稱DAC，它是把數字量轉變成模擬的器件。D/A轉換器基本上由4個部分組成，即權電阻網絡、運算放大器、基準電源和模擬開關。模數轉換器中一般都要用到數模轉換器，模數轉換器即A/D轉換器，簡稱ADC，它是把連續(xù)的模擬信號轉變?yōu)殡x散的數字信號的器件。
 

1 概念
 

    一種將二進制數字量形式的離散信號轉換成以標準量（或參考量）為基準的模擬量的轉換器，簡稱 DAC或D/A 轉換器。

2 常見方式

　　最常見的數模轉換器是將并行二進制的數字量轉換為直流電壓或直流電流，它常用作過程控制計算機系統(tǒng)的輸出通道，與執(zhí)行器相連，實現(xiàn)對生產過程的自動控制。數模轉換器電路還用在利用反饋技術的模數轉換器設計中。

3 轉換方式

　　并行數模轉換

　　數模轉換有兩種轉換方式：并行數模轉換和串行數模轉換。圖1為典型的并行數模轉換器的結構。虛線框內的數碼操作開關和電阻網絡是基本部件。圖中裝置通過一個模擬量參考電壓和一個電阻梯形網絡產生以參考量為基準的分數值的權電流或權電壓；而用由數碼輸入量控制的一組開關決定哪一些電流或電壓相加起來形成輸出量。所謂“權”，就是二進制數的每一位所代表的值。例如三位二進制數“111“,右邊第1位的“權”是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位是22/23=1/2。位數多的依次類推。圖2為這種三位數模轉換器的基本電路,參考電壓VREF在R1、R2、R3中產生二進制權電流,電流通過開關。當該位的值是“0”時,與地接通；當該位的值是“1”時,與輸出相加母線接通。幾路電流之和經過反饋電阻Rf產生輸出電壓。電壓極性與參考量相反。輸入端的數字量每變化1，僅引起輸出相對量變化1/23=1/8,此值稱為數模轉換器的分辨率。位數越多分辨率就越高，轉換的精度也越高。工業(yè)自動控制系統(tǒng)采用的數模轉換器大多是10位、12位，轉換精度達0.5～0.1%。

　　串行數模轉換

　　串行數模轉換是將數字量轉換成脈沖序列的數目，一個脈沖相當于數字量的一個單位，然后將每個脈沖變?yōu)閱挝荒M量，并將所有的單位模擬量相加，就得到與數字量成正比的模擬量輸出，從而實現(xiàn)數字量與模擬量的轉換。

　　隨著數字技術，特別是計算機技術的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領域，為了提高系統(tǒng)的性能指標，對信號的處理廣泛采用了數字計算機技術。由于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計算機或數字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉換成數字信號；而經計算機分析、處理后輸出的數字量也往往需要將其轉換為相應模擬信號才能為執(zhí)行機構所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號與數字信號之間起橋梁作用的電路--模數和數模轉換器。

　　將模擬信號轉換成數字信號的電路，稱為模數轉換器（簡稱A/D轉換器或ADC,Analog to Digital Converter）；將數字信號轉換為模擬信號的電路稱為數模轉換器（簡稱D/A轉換器或DAC,Digital to Analog Converter）；A/D轉換器和D/A轉換器已成為計算機系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。

　　為確保系統(tǒng)處理結果的精確度，A/D轉換器和D/A轉換器必須具有足夠的轉換精度；如果要實現(xiàn)快速變化信號的實時控制與檢測，A/D與D/A轉換器還要求具有較高的轉換速度。轉換精度與轉換速度是衡量A/D與D/A轉換器的重要技術指標。 隨著集成技術的發(fā)展，現(xiàn)已研制和生產出許多單片的和混合集成型的A/D和D/A轉換器，它們具有愈來愈先進的技術指標。本章將介紹幾種常用A/D與D/A轉換器的電路結構、工作原理及其應用。

4 性能指標

　　D/A轉換器的主要特性指標包括以下幾方面：

　　分辨率

　　指最小輸出電壓(對應的輸入數字量只有最低有效位為“1”)與最大輸出電壓(對應的輸入數字量所有有效位全為“1”)之比。如N位D/A轉換器，其分辨率為1/(2^N-1)。在實際使用中，表示分辨率大小的方法也用輸入數字量的位數來表示。

　　線性度

　　用非線性誤差的大小表示D/A轉換的線性度。并且把理想的輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分數定義為非線性誤差。

　　轉換精度

　　D/A轉換器的轉換精度與D/A轉換器的集成芯片的結構和接口電路配置有關。如果不考慮其他D/A轉換誤差時，D/A的轉換精度就是分辨率的大小，因此要獲得高精度的D/A轉換結果，首先要保證選擇有足夠分辨率的D/A轉換器。同時D/A轉換精度還與外接電路的配置有關，當外部電路器件或電源誤差較大時，會造成較大的D/A轉換誤差，當這些誤差超過一定程度時，D/A轉換就產生錯誤。

　　在D/A轉換過程中，影響轉換精度的主要因素有失調誤差、增益誤差、非線性誤差和微分非線性誤差。

　　轉換速度

　　轉換速度一般由建立時間決定。從輸入由全0突變?yōu)槿?時開始，到輸出電壓穩(wěn)定在FSR±?LSB范圍（或以FSR±x%FSR指明范圍）內為止，這段時間稱為建立時間，它是DAC的最大響應時間，所以用它衡量轉換速度的快慢[1] 。