數(shù)模轉換器概述

數(shù)模轉換器，又稱D/A轉換器，簡稱DAC，它是把數(shù)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(shù)轉換器中一般都要用到數(shù)模轉換器，模數(shù)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(shù)字信號的器件。

數(shù)模轉換器的構成

DAC主要由數(shù)字寄存器、模擬電子開關、位權網絡、求和運算放大器和基準電壓源（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，分別控制對應位的模擬電子開關，使數(shù)碼為1的位在位權網絡上產生與其位權成正比的電流值，再由運算放大器對各電流值求和，并轉換成電壓值。

根據(jù)位權網絡的不同，可以構成不同類型的DAC，如權電阻網絡DAC、R2R倒T形電阻網絡DAC和單值電流型網絡DAC等。權電阻網絡DAC的轉換精度取決于基準電壓VREF，以及模擬電子開關、運算放大器和各權電阻值的精度。它的缺點是各權電阻的阻值都不相同，位數(shù)多時，其阻值相差甚遠，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，因此在集成的DAC中很少單獨使用該電路。

它由若干個相同的R、2R網絡節(jié)組成，每節(jié)對應于一個輸入位。節(jié)與節(jié)之間串接成倒T形網絡。R2R倒T形電阻網絡DAC是工作速度較快、應用較多的一種。和權電阻網絡比較，由于它只有R、2R兩種阻值，從而克服了權電阻阻值多，且阻值差別大的缺點。

電流型DAC則是將恒流源切換到電阻網絡中，恒流源內阻極大，相當于開路，所以連同電子開關在內，對它的轉換精度影響都比較小，又因電子開關大多采用非飽和型的ECL開關電路，使這種DAC可以實現(xiàn)高速轉換，轉換精度較高。

數(shù)模轉換器工作原理

數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來表示的，對于有權碼，每位代碼都有一定的位權。為了將數(shù)字量轉換成模擬量，必須將每1位的代碼按其位權的大小轉換成相應的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實現(xiàn)了數(shù)字-模擬轉換。這就是組成D/A轉換器的基本指導思想。

D/A轉換器由數(shù)碼寄存器、模擬電子開關電路、解碼網絡、求和電路及基準電壓幾部分組成。數(shù)字量以串行或并行方式輸入、存儲于數(shù)碼寄存器中，數(shù)字寄存器輸出的各位數(shù)碼，分別控制對應位的模擬電子開關，使數(shù)碼為1的位在位權網絡上產生與其權值成正比的電流值，再由求和電路將各種權值相加，即得到數(shù)字量對應的模擬量。

數(shù)模轉換器的速度極限

今天，小編將介紹兩種相關的動態(tài)參數(shù)，即壓擺率與建立時間。

1、壓擺率

退休員工模擬專家BruceTrump將其描述成運算放大器的速度極限。DAC壓擺率參數(shù)與運算放大器的壓擺率參數(shù)成1:1關系。

在基本情況下，當輸入電壓發(fā)生明顯變化時（例如當新的DAC代碼被鎖存在距離當前代碼有幾個代碼的位置），這時輸出放大器將開始擺動，即以最快的速度增大輸出電壓。輸出放大器保持這種狀態(tài)直到接近預期值為止，同時輸出開始在指定的誤差頻帶范圍內趨于穩(wěn)定。

產品說明書規(guī)范介紹了DAC出現(xiàn)擺動時在其輸出端可以看到的最大變化率，通常是每秒幾微伏。

注意：該圖并非根據(jù)真實器件按比例繪制，而是經放大后顯示的各個區(qū)域

2、建立時間

DAC的建立時間與運算放大器建立時間有著驚人的相似之處。另外，主要的區(qū)別在于DAC建立時間還包含停滯時間分量。停滯時間是DAC鎖存或更新輸出所用的時間。鎖存行為通常由數(shù)字信號的下降沿（稱為LDAC）觸發(fā)。LDAC與DAC輸出的交互情況如下圖所示，該圖摘自DAC8568說明書。

如果出現(xiàn)非常大的輸入步進，DAC將進入擺動區(qū)域，這在上面的兩幅圖中均有顯示。在擺動區(qū)域內，DAC的前進會受到壓擺率參數(shù)的限制。如果DAC確實需要擺動，那么建立時間的下一個階段將處于過載恢復狀態(tài)，緊接著是達到指定誤差頻帶所需的線性建立時間。對于DAC來說，誤差頻帶通常指定在1LSB以內。

產品說明書中針對較大步長給出了建立時間參數(shù)。例如，DAC8568的指定建立時間為5us，通常針對的范圍是從¼滿量程輸出到¾滿量程輸出。

切記，擺動時間占總體建立時間的絕大部分，因而如果您的輸出步長小于說明書中規(guī)定的建立時間規(guī)范，那么系統(tǒng)建立所用的時間就會變短。在大部分高精度應用中，建立時間是DAC的有效更新速率。

數(shù)模轉換器的應用1.在LCD中用來控制白色LED背光亮度

如圖中所示，環(huán)境亮度檢測器輸出一個正比于現(xiàn)有光線亮度的電流，TIA（跨導放大器）將這個小電流轉變成一個電壓，再把這個電壓送入A/D轉換器。系統(tǒng)中的微控制器讀出A/D的輸出，并通過I2C接口對數(shù)字電位器進行設定。數(shù)字電位器被連接到白色LED驅動器ADM8846的Rset引腳，從而改變了它提供給LED的輸出電流，這樣就完成了對LED的亮度控制。在上電時，AD5245預置為中間阻值。

2.6通道視頻編碼器ADV7322同時在標清TV和高清TV上顯示視頻的應用

圖所示的是6通道視頻編碼器ADV7322同時在標清TV和高清TV上顯示視頻的應用。圖中上面的高清TV視頻信號是將模擬的Y、pr、pb信號分開，使用三條線纜來獨立傳輸，而下面的標清TV輸入的是復合視頻信號，ADV7322的6路輸出都要加緩沖器以驅動高清和標清的顯示器。此外，由于AD8061具有出色的適合視頻應用的參數(shù)特性，所以這里選用AD8061做緩沖器。ADV7322的輸出還可能根據(jù)連接設備的需要，加一個模擬低通濾波器以實現(xiàn)反鏡像濾波。最后需要說明的一點是，雖然ADV7322含有片上基準，但可能還要考慮使用一個更好的外部基準來優(yōu)化其性能，比如AD1580。

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