D／A转换器的电路结构和工作原理

作者：TO_Raning

1.权电阻网络D/A转换器

理想的运算放大器：开环放大倍数为无穷大，输入电流为零(输入电阻无穷大)，输出电阻为零。

图8.2.1是4权电阻网络D/A转换器的原理图，由权电阻网络、4个模拟开关和一个求和放大器组成。

求和放大器接成一个负反馈运算放大器。

当V+大于V-时，输出V0为正;当V+小于V-时，输出V0位为负。

当反馈电压为R/2时，输出电压为：



输出的模拟量电压正比于输入的数字量Dn，实现了从数字量到模拟量的转换。

当Vref为正电压时输出电压V0始终为负值。

电路的优点：结构简单，电阻元件数少。

电路的缺点：各个电阻的阻值相差较大，当输入信号的位数变多后问题尤其严重。

2.倒T形电阻网络D/A转换器

电阻网络中只有R、2R两种阻值，电路设计方便。

求和放大器的反向输入端V-电位始终接近零，则可将V-端看为“虚地”点。

输出的模拟电压与输入的数字量成正比。

有效的克服了权电阻网络电阻相差大的缺点。

3.权电流型D/A转换器

权电流型中有一组恒流源。

每个支路的电流的大小不受开关内阻和压降的影响，降低了对开关电路的要求。

转换速度快，转换误差小。

4.开关树型D/A转换器

由电阻分压器和接成树状的开关网络组成。

电阻种类单一，对开关导通内阻要求不高;但是所用开关太多。

5.权电容网络D/A转换器

并行输入的D/A转换器，利用电容分压的原理工作。

转换前需要将电容充分放电。(开关首先接地)

重要特点：

输出电压的精度与各个电容的电容量的比值有关，与电容量无关。

输出电压V0的稳态值不受开关内阻和参考电压源内阻的影响，因而降低了对开关电路以及参考电压源的要求。

稳态下权电容网络不消耗功率。

缺点：输入较多时，电容差很大。由于电容的充放电降低了电路的转换速度。

6.具有双极性输出的D/A转换器

D/A转换器能够将以补码形式输入的正负数分别转换为正负极性的模拟电压。

构成双极性输出的D/A转换器的一般方法：在求和放大器的输入端接入一个偏移电流，使输入最高位为1而其他各位输入为0时的输出为V0=0;将输入的符号反向后接到一般的D/A转换器的输入，就得到了双极性输出的D/A转换器。

D/A转换器的转换精度和转换速度

1.D/A转换器的转换精度：通常用分辨率和转换误差来描述转换精度。

分辨率用输入二进制数码的位数给出。

分辨率表示D/A转换器在理论上可以达到的精度

实际能达到的转换精度由转换误差来决定。

转换误差表示实际的D/A转换特性和理想的转换特性之间的最大偏差。

造成D/A转换误差的原因：参考电压的波动，运算放大器的零点漂移，模拟开关的导通内阻和导通压降，电阻网络的电阻阻值偏差，三极管特性的不一致等。

2.D/A转换速度

为获得较快的转换速度，应选择转换速率较快的运算放大器，以缩短运算放大器的建立时间。