数模转换电路(D/A转换器)

将数字信号转换成模拟信号称为数/模转换, 简称D/A（Digital to Analog）转换，实现

D/A 转换的器件称为D/A转换器，简称 DAC（Digital-Analog Converter）。

将模拟信号转换成数字信号称为模/数转换, 简称A/D（Analog to Digital）转换，实现

A/D 转换的器件称为A/D转换器，简称 ADC（Analog-Digital Converter）。
本文介绍几种典型DAC及ADC的电路组成及工作原理。

D/A转换器

D/A转换，先将输入的二进制数字量的每一位转换成与其成正比的模拟电流量，再相加这些电流量并转换为电压量, 即得与输入的二进制数字量成正比的模拟电压量。
二进制权电阻网络D/A转换器
1．电路组成

高位权电阻的阻值是相邻低位阻值的1/2。
D3 ~D0为输入数字量，uO为输出模拟电压。
电子开关的状态由输入数字量控制：
当Di=0时，Si电子开关将权电阻接地；
当Di=1时，Si电子开关将权电阻接基准电压源VREF。

权电阻网络的输出电流：

推广到n位权电阻网络D/A转换器：

推广到n位权电阻网络D/A转换器：

由理想运算放大器的虚短、虚地特性，输出模拟电压uO的表达式为：

推广到n位权电阻网络D/A转换器：

由理想运算放大器的虚短、虚地特性，输出模拟电压uO的表达式为：

当取 RF=R/2 时,则输出模拟电压uO的表达式为：

转换关系式表明，输出模拟电压uO正比于二进制输入数字量Dn-1~D0，从而实现数字量到模拟量的转换。
若基准电压源（参考电压源）VREF取负值, 则输出模拟电压uO为正极性。
3．电路特点
二进制权电阻网络D/A转换器的电路结构简单, 但随着输入二进制数字量位数的增加，
权电阻的阻值相差过大，难于保证精度，且大电阻不宜集成在IC内部。

R-2R倒T形电阻网络D/A转换器

电阻网络电阻的阻值只有R、2R 2种。
D3 ~D0为输入数字量，uO为输出模拟电压。电子开关的状态由输入数字量控制：
当Di=0时，Si电子开关接至地端；
当Di=1时，Si电子开关接至运算放大器的反相输入端，即虚地端。

工作原理

基准电压VREF处的等效电阻为R, 基准电压VREF提供的总电流为：

iR流入电阻网络后，各个节点按两个支路对电流分流且各支路等效电阻均为2R, 因此
电阻网络的输出电流即流向运算放大器反相输入端的电流为

推广到n位R-2R倒T形电阻网络D/A转换器：

推广到n位R-2R倒T形电阻网络D/A转换器：

由理想运算放大器的虚短、虚地特性，输出模拟电压uO的表达式为

电路特点
R-2R倒T形电阻网络D/A转换器电阻种类少，仅为R和2R两种；输入二进制数字量变
化时，即无论电子开关接至地端还是虚地端, 各支路电流恒定不变 , D/A转换时不存在电
流建立时间，具有较高的转换速度。

D/A转换器的主要技术指标

分辨率是指对输出最小电压的分辨能力。
其定义为最小输出电压（输入数字量仅最低有效位为1时的输出电压）与最大输出电压（输入数字量为全1时输出满量程电压）之比。

DAC的位数越多，分辨率越小，分辨能力越高。
分辨率也可用输入数字量的位数表示，在分辨率为n位的D/A转换器中， 输出电压能
区分出2n个不同的输入二进制状态, 能给出2n个不同等级的输出模拟电压。

2.转换精度
转换精度一般指最大的静态误差，是输出模拟电压的实际值与理论值之差。
它是一个综合性误差，包括运算放大器的漂移误差、参考电压源VREF漂移产生的比
例系数误差、网络电阻的偏差及电子开关上的压降造成的偏差等非线性误差。
3．转换速度
通常用建立时间定量描述D/A转换器的转换速度。
建立时间的规定是，输入数字量从全0变成全1或由全1变成全0起，到输出电压达到与稳态值相差±1/2LSB范围以内的时间。

集成DAC

      根据分辨率、转换速度及兼容性、接口特性等性能的不同，集成DAC有多种不同

类型、不同系列的产品。
DAC0832是采用CMOS工艺的单片电流输出型8位D/A转换器，它可以和多种可编程
逻辑器件直接连用，且接口电路简单，转换控制容易，在单片机及数字系统中得到广泛
应用。

8位输入寄存器用于暂存输入的8位数据。
8位DAC寄存器用于暂存要进行D/A转换的8位数据。
8位D/A转换器是R-2R倒T形电阻网络D/A转换器。

RFB —内部反馈电阻，RFB=15 kΩ。
VREF—转换器的基准电压，其范围可在−10 V +10 V内选定。
AGND—模拟信号地。
DGND—数字信号地。
VCC—芯片电源，其值可在+5V +15V之间选取。