数字模拟转换器本章内容3.1 概述3.2 DAC的工作原理3.3 典型DAC芯片及应用举例3.1 概述DAC通常包括（但不限于）以下几个组成部分： 电阻网络 模拟开关运算放大器 精密参考电压源❒DAC不仅是模拟量输出通道中最主要装置，而且在许多反馈型ADC中，DAC也是其中的重要组成部分，对ADC性能有着至关重要的影响。

❒需要指出的是：DAC输出的只是时间上的连续信号。

对于n比特二进制数字输入，DAC输出信号幅度只有2n个取值可能，其波形为阶梯信号，不是严格意义上的模拟信号！❒D/A转换基本原理❒DAC的转换特性u O/ku，或i O/kiDAC的主要技术指标（以二进制为例）（2）转换速度用完成一次转换所需的时间—建立时间t set—来衡量。

建立时间t set（settled）：从输入信号变化开始到输出电压进入与稳态值相差±1/2 LSB 范围以内的时间。

输入信号由最小（全为0）变为最大（全为1，对应V满FSR的测量条件。

量程）时，所需的时间最长，这是tset评价转换速度的另外一个指标是：在单位时间内，DAC可以完成转换的最大次数。

（3）转换精度☐输出模拟电压实际值与理论值之间的差值☐转换误差的表示形式主要有：最低有效位的倍数。

如：1 LSB、0.2 LSB输出电压满度值FSR的百分数，如：0.1％FSR☐DAC执行转换任务的四个部件均可引起转换误差，但具有不同的特点。

☐注意：权电阻网络和模拟开关均集成在DAC内部；但有些D/A转换电路中的求和放大器和参考电源为外接。

A）非线性误差B）零点失调误差❒零点失调误差可通过放大器的零点校准进行消除。

但是由于半导体材料的温度特性，静态的零点校准方法无法在整个温度范围内消除零点失调误差。

❒放大器工作环境的温度变化，使得零点失调误差成为影响精度的主要因素。

因此这种误差又称为温度漂移误差，简称温飘或漂移。

❒思考：怎样克服？❒在放大器工作过程中，如果能够不断地对实际温飘进行动态测量，并利用负反馈技术对零点进行动态地自适应校准（补偿），从而使放大器始终工作在无漂移误差状态。

——自动零点补偿（AZ）技术C）增益误差：3.2 DAC的工作原理❒有多种方式可以实现D/A转换，例如：❒脉冲宽度调制信号PDM或PWM（Pulse-Duration orWidth Modulation）用脉冲宽度表示信号的幅度，也是一种模拟信号，在许多领域有着广泛的用途。

❒使用可编程定时器/计数器（如Intel 8253/ 8254），可以很方便地将数字信号转换成PDM信号。

许多单片机本身就带有PDM信号输出端口。

❒若将PDM信号再转换成脉冲幅度调制信号PAM（Pulse Amplitude Modulation），PAM信号经过低通滤波以后就形成连续时间信号。

有多种电路可以实现PDM到PAM的变换。

❒上述转换方法的主要缺点——速度太慢！２）工作原理由于运算放大器的输入偏置电流近似为０，所以：Fi i4）双极性输出结构二、R-2R T形电阻网络DAC２）工作原理3）特点讨论☺模拟开关Si不论接何位置，都相当于接地。

由于各个电阻两端的电压和流过的电流都不随开关的掷向而改变，不存在对网络（芯片）中寄生电容的充、放电现象，因而工作速度和转换精度都有所提高。

☺由于只使用两种阻值的电阻，因此电阻的精度容易保证，芯片制造简单。

☹无论是权电阻网络DAC还是倒T形电阻网络DAC，模拟开关总存在一定的导通电阻和导通压降，而且在实际芯片中，每个开关的情况又不完全相同，所以它们的存在无疑会引起转换误差，影响转换精度。

思考：引入恒流源电路，消除电阻分压现象。

三、权电流型D/A转换器2）恒流源电路，从而获得不同的恒流源。

Ei电路中有多个数值差异很大的恒流源，需要多个数值差异也很大的R Ei，又给芯片实现带来困难。

怎么办？3）改进I/2I/4I/8I/16I/2I/4I/8I/16I/16四、具有双极性输出的D/A转换器偏移电路符号取反其中：反相器G完成符号位的取反；RB 和VB组成偏移电路。

为使输入为100时的输出电压等于零，需使下式成立：电路实现：五、Sigma-delta调制型D/A转换器简介❒数字音频的普及，迫切需要大量和廉价的高分辨率DAC。

此外，资源勘探、医学影像和防务电子设备对精密DAC都有旺盛的需求。

❒IC制造遇到的问题：数字易，模拟难。

奈奎斯特型DAC 难以实现16bit以上分辨率。

❒解决之道：尽可能用数字取代模拟。

Σ-Δ型DAC的关键技术：过采样+噪声整形。

（原理将在下一章介绍）❒优点：制造简单，匹配容易，高精度❒缺点：输出有时延❒主要生产厂商：TI、ADI、NEC、Motorola…3.3 典型DAC芯片及应用举例N 型DIP16封装管脚图一、DAC0808（DAC08、DAC080N ）（1）特点和主要技术指标：•权电流转换方式，双极型电路•高速互补电流输出•建立时间：70~85 ns •最大摆率(dI/dt )：8mA/μs •满量程电流校准：±1 LSB •TTL, CMOS, ECL, HTL, PMOS 电平接口•全温度范围内非线性误差小于0.1% •FSR 电流温飘：±10ppm / ºC •电源电压范围：±4.5 V to ±18 V •低功耗：35 mW at ±5 V DAC0808（2）内部结构和各引脚功能•V+和V-：正负模拟电源。

范围从±4.5 V 到±18 V•V LC：逻辑接口电平控制。

改变V LC的电平可实现与不同类型的数字电平接口。

如果与TTL电平互连，V LC接地；与CMOS和PMOS电平互连，V LC接+5V。

•V REF(+)和V REF(-)：精密参考电源输入端•外接参考电压源经电阻R REF或电位器后，再连接到V REF(+)和V REF(-)端（如下图）。

•输入基准电流：I REF= V REF(+)/ R REF•I REF最大值+5mA，典型值+2mA。

通常V REF(+)为10V，R REF 取5KΩ。

•I OUT与I OUT：互补电流输出。

以下简单电路可将电流型输B 8~B 1：8比特数字信号输入，输入无锁存。

•对于输入无锁存的DAC ，不适合与数字总线直接相连，除非与总线之间另外再增加数字锁存器和相应的锁存控制信号。

•此类DAC 一般与输出保持或锁存的数字接口互连，当数字信号变化时，DAC 的输出立即随之改变。

因此，此类DAC 适用于随动控制和快速跟踪等场合•另外注意到：DAC 输出=模拟基准∙数字输入；改变基准也可以改变输出的幅度。

因此此类DAC 称为模拟数字混合乘算器，或模数混合乘算型DAC•COMP ：补偿端，利用外接电容，对基准变化后DAC 的频率(带宽）特性进行补偿（若V REF =10V ，R REF =2K Ω~80K Ω，I REF =5mA~125μA ，电容值可取15pf~70pf 。

（3）应用举例——任意函数发生器位计数器6位DIP开关运放–+D7 ~D064KB EPROMA9~A0 A15~A10讨论：a）怎样改变输出波形的幅度？☐调节电位器，改变Rs的大小。

☐DAC0808的I REF的变化范围为40:1，最大5mA，最小125μA。

b）怎样在X轴方向上对波形进行伸缩控制？☐改变CLK的周期c）怎样改善波形质量？☐增加每段函数波形对应的存储单元数量☐使用更高分辨率的DACd）DAC输出端的低通滤波e）输出阻抗DAC二、AD7524（1）特点和主要技术指标：☐R-2R T形电阻网络☐8比特分辨率，满量程总误差≤±0.125LSB☐建立时间：400±100nsAD7524结构☐自带输入锁存器，与内存“写”操作相类似的锁存时序。

☐CMOS工艺，10mW低功耗，与TTL电平兼容接口。

☐外接精密参考电压。

基准电压可正、可负，基准电压的极性改变时，输出电压极性也相应改变。

☐内部不含运算放大器，OUT1端通常外接运算放大器的负输入端，OUT2接地。

14V DD（2）引脚信号（3）应用举例（4）DAC的零点和满度（增益）校准三、DAC0830 / 0831 / 08321、特点和主要技术指标：☐分辨率：8比特，权电流+倒T型电阻网络；☐满量程总误差：DAC0830≤0.1%（0.25 LSB），DAC0831≤±0.2%（0.5 LSB）,DAC0832≤±0.5%（1 LSB）。

☐建立时间：1μs，互补电流输出。

☐增益温度系数：2ppm /℃（0.0002% FS /℃）☐带有2级数据输入锁存器☐单电源：+5V～+15V；V REF：-10V～+10V；☐低功耗：20mW，CMOS工艺2、引脚信号20Pin双列直插封装3、内部结构12LE “通”“断”锁存4、数据输入时序和输出波形15、三种工作方式特点：每次转换需要操作两次。

多片DAC同步输出电路（2）单缓冲方式（3）无缓冲方式。