数/模转换器基本概念与转换特性简介

1.DAC的基本概念

为了能够用数字系统处理模拟信号，必须把模拟信号转换成相应的数字信号，才能送入数字系统中进行处理。能将数字量转换成模拟量的器件就是数/模转换器。如果我们把数字量用D表示，模拟量用A表示，用C代表转换器时，数/模转换器就可简称DAC。

DAC输入的是离散的数字量，输出的则是与输入数字量成正比且连续变化的模拟电压（或电流）。我们知道，数字量总是用代码按数位组合起来表示的。对于有权码，每位代码都有一定的位权。DAC的任务就是：将代表每一位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与输入数字量成正比的总模拟量，这样便实现了数字量到模拟量的转换。这就是构成DAC的基本指导思想。

2.DAC的基本组成和分类

DAC通常由参考电压、译码电路和电子开关三个基本部分组成。为了将模拟电流转换成模拟电压，通常在输出端外加运算放大器。

按解码网络结构的不同，DAC可分为T形电阻网络、倒T形电阻网络、权电阻网络DAC等。按模拟电子开关电路的不同，DAC又可分为CMOS开关型和双极型开关型。其中双极型开关DAC又分为电流开关型和ECL电流开关型两种。在速度要求不高的情况下，一般可选用CMOS开关型DAC；如转换速度要求较高时，应选用双极型电流开关DAC或转换速度更高的ECL电流开关型DAC。

3.DAC的功能

DAC通常由数码寄存器、模拟电子开关、解码电阻网络、求和放大电路及基准电压几部分组成，如图9.1所示。

图9.1　DAC电路的组成框图

n位数字量是以串行或并行方式输入并存储在数码寄存器中，数字寄存器输出的各位二进制代码分别控制对应各位的模拟电子开关，使数码为1的位在位权网络上产生与其权值成正比的电压（或电流）量，再由求和放大电路将各位权值所对应的模拟量相加，即可输出与输入数字量成正比的模拟量。

4.DAC的转换特性

所谓DAC的转换特性，就是指输出模拟量和输入数字量之间的转换关系：对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，即输出模拟量与输入数字量成正比。当输入为n位二进制代码dn-1、dn-2、…、d1、d0时，输出对应的模拟电压（或电流）为

上式中的ku或ki为电压或电流的转换比例系数，2n-1、2n-2、…、21、20是由n位二进制代码D 从高位到最低位的权。(www.xing528.com)

当转换系数ku（或ki）=1、n=3时，根据式（9.1）可得DAC的转换特性曲线，如图9.2所示。

由图9.2所示3位二进制数D的数模转换特性可知，DAC电路的功能就是将输入的数字量转换成与其成正比的输出模拟量。在转换过程中，将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以电压或电流的形式输出。

5.DAC的主要技术指标

（1）分辨率。是指DAC模拟输出所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。对于一个n位的DAC，最小输出电压变化量是指对应输入的数字量最低位为1，其他位均为0时的输出电压；满刻度输出电压指的是对应输入的数字量各位全为1时的最大输出电压之比。所以

图9.2　DAC的转换特性曲线

分辨率与DAC的位数有关，例如，一个8位和一个10位的DAC，分辨率分别为

可看出，位数n越多，分辨率的数值越小，电路的分辨能力越高。因此，有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率的高低。

（2）绝对精度和非线性度。绝对精度 （或绝对误差）是指输入端加给定数字量时，DAC输出的实际值与理论值之差。一般来说，绝对精度应低于uLSB/2。

在满刻度范围内，偏离理想转换特性的最大值称为非线性误差。它与满刻度之比称为非线性度，常用百分比来表示。

（3）建立时间。在输入变化后，输出值稳定到距最终输出量±uLSB所需的时间，称为建立时间。建立时间反映了DAC电路转换的速度。

除此之外，在选用DAC器件时，还需要考虑其电源电压、输出方式、输出值范围及输入逻辑电平等参数。