第10章A/D及D/A转换器A/D(模/数)及D/A(数/模)转换技术广泛应用于计算机控制系统及数字测量仪表中。将模拟量信号转换成数字量的器件称为模/数转换器(简称A/D转换器)，而将数字量信号转换成模拟量信号的器件称为数/模转换器(简称D/A转换器)。10.1D/A转换器工作原理图10.1电阻网络将基准电压转变为相应的电流或电压，在运算放大器的输入端进行总加。放大器的输出则反映了输入数码的大小。如输入数码xp=a12-1+a22-2+…+ai2-i+…+an2-n，则：Uo=UNxp=UN(a12-1+a22-2+…+an2-n)=UN∑ai2-i(10-1)其中，ai是1还是0，取决于输入数码第i位是逻辑1还是逻辑0。如果ai=1，基准电压UN通过模拟切换开关加到电阻网络上；如果ai=0，模拟切换开关断开，基准电压UN不能加到电阻网络上。并行D/A转换器的转换速度很快，只要输入端加入数码信号，输出端立即有相应的模拟电压输出。在并行D/A转换器中，最常用的电阻网络是“T”形网络。12位T形网络D/A转换器原理如图10.2所示。它由12个串联分路开关、27个精密电阻和一个运算放大器组成。电阻网络只用R及2R两种规格的电阻。电阻网络的输出接至运算放大器，若反馈电阻Rf的值为3R，则总的输出电压UO为：UO=-U0Rf/Ri=-2/3UNxp×3R/2R=-Unxp(10-2)式中Ri——运算放大器的输入运算电阻，Ri=2R。图10.2因此，当输入二进制码xp为全1，运算放大器输出为-(1-1/212)UN；当输入二进制码xp为全0，则运算放大器输出为0。所以，D/A转换器的输出在0~(1-1/212)UN之间变动。10.2D/A转换器的主要性能指标(2)线性度：用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。并且把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。(3)转换精度：D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。如果不考虑其他D/A转换误差时，D/A的转换精度就是分辨率的大小，因此要获得高精度的D/A转换结果，首先要保证选择有足够分辨率的D/A转换器。同时D/A转换精度还与外接电路的配置有关，当外部电路器件或电源误差较大时，会造成较大的D/A转换误差，当这些误差超过一定程度时，D/A转换就产生错误。在D/A转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。(4)建立时间：建立时间是D/A转换速率快慢的一个重要参数，也是D/A转换器中的输入代码有满度值的变化时，其输出模拟信号电压(或模拟信号电流)达到满刻度值±１/2LSB(或与满刻度值差百分之多少)时所需要的时间。不同型号的D/A转换器，其建立时间也不同，一般从几个毫微秒到几个微秒。若输出形式是电流的，其D/A转换器的建立时间是很短的；若输出形式是电压的，其D/A转换器的主要建立时间是输出运算放大器所需要的响应时间。由于一般线性差分运算放大器的动态响应速度较低，D/A转换器的内部都带有输出运算放大器或者外接输出放大器的电路(如图10.3所示)，因此其建立时间比较长。图10.3(5)温度系数：在满刻度输出的条件下，温度每升高1℃，输出变化的百分数定义为温度系数。(6)电源抑制比：对于高质量的D/A转换器，要求开关电路及运算放大器所用的电源电压发生变化时，对输出电压影响极小。通常把满量程电压变化的百分数与电源电压变化的百分数之比称为电源抑制比。(7)工作温度范围：一般情况下，影响D/A转换精度的主要环境和工作条件因素是温度和电源电压变化。由于工作温度会对运算放大器加权电阻网络等产生影响，所以只有在一定的工作范围内才能保证额定精度指标。较好的D/A转换器的工作温度范围在-40℃～85℃之间，较差的D/A转换器的工作温度范围在0℃～70℃之间。多数器件其静、动态指标均在25℃的工作温度下测得的，工作温度对各项精度指标的影响用温度系数来描述，如失调温度系数、增益温度系数、微分线性误差温度系数等。(8)失调误差(或称零点误差)：失调误差定义为数字输入全为0码时，其模拟输出值与理想输出值之偏差值。对于单极性D/A转换，模拟输出的理想值为零伏点。对于双极性D/A转换，理想值为负域满量程。偏差值的大小一般用LSB的份数或用偏差值相对满量程的百分数来表示。(9)增益误差(或称标度误差)：D/A转换器的输入与输出传递特性曲线的斜率称为D/A转换增益或标度系数，实际转换的增益与理想增益之间的偏差称为增益误差。增益误差在消除失调误差后用满码(全1)输入时其输出值与理想输出值(满量程)之间的偏差表示，一般也用LSB的份数或用偏差值相对满量程的百分数来表示。(10)非线性误差：D/A转换器的非线性