將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路,稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC,Analog to Digital Converter);將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC,Digital to Analog Converter);A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。為確保系統(tǒng)處理結(jié)果的精確度,A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度;如果要實(shí)現(xiàn)快速變化信號(hào)的實(shí)時(shí)控制與檢測,A/D與D/A轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。 隨著集成技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)已研制和生產(chǎn)出許多單片的和混合集成型的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器,它們具有愈來愈先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。本章將介紹幾種常用A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其應(yīng)用。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng),是一個(gè)濾波、采樣保持和編碼的過程。黃浦區(qū)質(zhì)量數(shù)模轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)企業(yè)

DAC和ADC在一些處理數(shù)字信號(hào)的應(yīng)用程序中非常重要。模擬信號(hào)的可理解性或者保真性都可以得到改善,通過使用ADC將模擬的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字的形式,然后數(shù)字信號(hào)再經(jīng)過“清理”,**終的數(shù)字脈沖再通過使用DAC重新轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。數(shù)字量是由一位一位的數(shù)碼構(gòu)成的,每個(gè)數(shù)位都**一定的權(quán)。比如,二進(jìn)制數(shù)1001, 比較高位的權(quán)是23=8,此位上的代碼1表示數(shù)值1*23=8;比較低位的權(quán)是20=1,此位上的,代碼1表示數(shù)值1*20=1;其它數(shù)位均為0,因此二進(jìn)制數(shù)1001就等于十進(jìn)制數(shù)9。 [1]為了把一個(gè)數(shù)字量變?yōu)槟M量,必須把每一位的數(shù)碼按照權(quán)來轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬量,再把各模擬量相加,這樣得到的總模擬量便對應(yīng)于給定的數(shù)據(jù)。黃浦區(qū)質(zhì)量數(shù)模轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)企業(yè)它是信息所能分辨的小量,也就是我們所說的用1LSB(Least Significant Bit)表示。

線性誤差線性誤差用來描述當(dāng)數(shù)字量變化時(shí),D/A轉(zhuǎn)換輸出的電模擬量按比例關(guān)系變化的程度。 模擬量輸出偏離理想輸出的最大值稱為線性誤差。溫度系數(shù)溫度系數(shù)是指在規(guī)定的范圍內(nèi),溫度每變化1℃增益、線性度、零點(diǎn)及偏移等參數(shù)的變化量。溫度系數(shù)直接影響轉(zhuǎn)換精度。 [1]集成的D/A轉(zhuǎn)換器的類型很多,有多種分類方法:1)按其轉(zhuǎn)換方式,可分為并行和串行兩大類;2)按生產(chǎn)工藝,可分為雙極型(TTL型)和CMOS型等,它們的精度和速度各不相同;3)按分辨率,可分為8位、10位、12位、16位等;4)按輸出方式,可分為電壓輸出型和電流輸出型兩類。 [1]
N比特電阻分壓型DAC需要2N個(gè)電阻,電流舵DAC則需要2N-1個(gè)電流單元。電阻分壓型數(shù)模轉(zhuǎn)換器利用電阻對基準(zhǔn)電壓VREF分壓產(chǎn)生1LSB的電壓,I LSB=VREF/2N,電流舵DAC由單位電流IO流過電阻負(fù)載RL產(chǎn)生的壓降IO*RL產(chǎn)生1LSB的電壓,所以電流舵DAC中的IO和位數(shù)以及RL的大小決定了VouT的幅度,VouT=(2N- I ) *RL*IO 。很明顯,圖5的兩種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓特性均為單調(diào)性的。兩種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的微分非線性誤差(DNL)均由單個(gè)器件的精度所決定,所以DNL會(huì)比較小,假設(shè)單元電流IO的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Standard Deviation)為σ(I),則DNL大小為σ(I)/IO,而INL和流到RL上的單元電流個(gè)數(shù)n有關(guān),INL大小為n1/2* σ(I)/IO較好的D/A轉(zhuǎn)換器的工作溫度范圍在-40℃~85℃之間,較差的D/A轉(zhuǎn)換器的工作溫度范圍在0℃~70℃之間。

在D/A轉(zhuǎn)換過程中,影響轉(zhuǎn)換精度的主要因素有失調(diào)誤差、增益誤差、非線性誤差和微分非線性誤差。轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度一般由建立時(shí)間決定。從輸入由全0突變?yōu)槿?時(shí)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(nèi)為止,這段時(shí)間稱為建立時(shí)間,它是DAC的比較大響應(yīng)時(shí)間,所以用它衡量轉(zhuǎn)換速度的快慢 [1]。在滿刻度輸出的條件下,溫度每升高1℃,輸出變化的百分?jǐn)?shù)定義為溫度系數(shù)。電源抑制比對于高質(zhì)量的D/A轉(zhuǎn)換器,要求開關(guān)電路及運(yùn)算放大器所用的電源電壓發(fā)生變化時(shí),對輸出電壓影響極小。通常把滿量程電壓變化的百分?jǐn)?shù)與電源電壓變化的百分?jǐn)?shù)之比稱為電源抑制比。使得階梯狀信號(hào)中的各個(gè)電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。浦東新區(qū)通用數(shù)模轉(zhuǎn)換器批量定制
主要的輸出選項(xiàng)是CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)、LVDS(低壓差分信令),以及CML(電流模式邏輯) [2]。黃浦區(qū)質(zhì)量數(shù)模轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)企業(yè)
2. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng),是一個(gè)濾波、采樣保持和編碼的過程。模擬信號(hào)經(jīng)帶限濾波,采樣保持電路,變?yōu)殡A梯形狀信號(hào),然后通過編碼器,使得階梯狀信號(hào)中的各個(gè)電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。3. 比較器是將兩個(gè)相差不是很小的電壓進(jìn)行比較的系統(tǒng)。**簡單的比較器就是運(yùn)算放大器。我們知道,運(yùn)算放大器在連有深度負(fù)反饋的條件下,會(huì)在線性區(qū)工作,有著增益很大的放大特性,在計(jì)算時(shí)往往認(rèn)為它放大的倍數(shù)是無窮大。而在沒有反饋的條件下,運(yùn)算放大器在線性區(qū)的輸入動(dòng)態(tài)范圍很小,即兩個(gè)輸入電壓有一定差距就會(huì)使運(yùn)算放大器達(dá)到飽和。如果同相端電壓較大,則輸出最大電壓,一般是+12V;如果反相端電壓較大,則輸出**小電壓,一般是-12V。這樣,就實(shí)現(xiàn)了電壓比較功能。黃浦區(qū)質(zhì)量數(shù)模轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)企業(yè)
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DAC主要由數(shù)字寄存器、模擬電子開關(guān)、位權(quán)網(wǎng)絡(luò)、求和運(yùn)算放大器和基準(zhǔn)電壓源(或恒流源)組成。用存于數(shù)字寄存器的數(shù)字量的各位數(shù)碼,分別控制對應(yīng)位的模擬電子開關(guān),使數(shù)碼為1的位在位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生與其位權(quán)成正比的電流值,再由運(yùn)算放大器對各電流值求和,并轉(zhuǎn)換成電壓值 [1]。根據(jù)位權(quán)網(wǎng)絡(luò)的不同,可以構(gòu)成不同類型的DAC,如權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、R–2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和單值電流型網(wǎng)絡(luò)DAC等。權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的轉(zhuǎn)換精度取決于基準(zhǔn)電壓VREF,以及模擬電子開關(guān)、運(yùn)算放大器和各權(quán)電阻值的精度。它的缺點(diǎn)是各權(quán)電阻的阻值都不相同,位數(shù)多時(shí),其阻值相差甚遠(yuǎn),這給保證精度帶來很大困難,特別是對于集成電路的制作很不利...