一、数模转换器的作用
实在国际的模仿信号,例如温度、压力、声响或许图画等,被不断转换成更简单贮存、处理和发射的数字方法。可是在许多体系中,数字信息也有必要从头转换成模仿信号来完成一些实在国际的功用。数模转换器(DAC)就能够做到这一点,并且它们的输出还能够用来驱动各种设备,例如扩音器、发动机、射频发射器和温度控制器等。
DAC一般被放置在数字体系中。在数字体系中,一些实在国际的信号经过模数转换器(ADC)数字化和处理往后,然后需求从头转化成模仿信号的体系中。这些体系所要求的DAC功用会遭到体系其它组件的功用和要求的影响。
二、根本原理
DAC会发生一个量化(离散阶段)模仿输出来呼应一个二进制数字输入编码。这个数字输入或许是TTL、 ECL、CMOS或许LVDS,而模仿输出则是一个电压或电流输出。
为发生输出,一个参阅量(电压或电流量)被分红二进制段或许线性段。接着,数字输入会驱动开关,这个开关将必定数量的段连到输出上。段的数量反映出或许的数字输入编码的数量,这是转换器分辨率的一个功用,或许还能够反映输入编码中的位数(N)。有N个位数,或许的编码数为2N个。
DAC输出的振幅能够以下方法表明:
模仿输出=数字输入编码/(2N-1)×参阅输入模仿信号是具有无量分辨率的连续性时域信号。可是,DAC的输出是一个构建于离散值(量化)的信号,这个离散值的发生也有一个一致但无量的时刻距离(取样)。也便是说,DAC输出企图展现的是一个具有无量分辨率和带宽的模仿信号。
量化和取样对DAC的功用又一个根本的但能够预料到的约束。量化决议了转换器的最大动态规模,并发生量化差错和噪音。而依照Nyquist标准,取样则决议着DAC输出信号的最大带宽。
在一个最抱负的DAC中,模仿信号正好便是一个最低有用位(LSB)部分,而一个LSB是一个分红2N段的满量程模仿输出振幅,这儿的N是以位数方法表明的DAC分辨率。
可是,DAC在实在国际中的操作也会遭到一些非抱负作用的影响,而无法到达那些由量化和取样规则的抱负作用。这些差错以一些沟通和直流功用标准为特色,正是这些标准决议着转换器的静态和动态功用。
1 偏移差错
偏移差错便是DAC的输出和当增益差错为零时抱负的传递函数的输出之间的差错。关于一切输入编码,偏移差错都是常数。
2 增益差错
增益差错便是转换器的传递函数的斜率与抱负的传递函数之间的差错,经过补偿到零的偏移差错来计量。
3 微分非线性度(DNL)
微分非线性度是指一个实践的步尺度和一个抱负的LSB步之间的差错。DNL差错会发生超越量化作用规模之外的额定噪音和毛刺。
4 积分非线性度(INL)
积分非线性度是实践输出电压和抱负输出电压在传递函数各端点之间的直线上的差错。INL是在偏移差错和增益差错消除之后才计算出来的。INL差错会导致额定的谐波和毛刺。
5 单调性
假如一个DAC的输出跟着数字输入编码的增大而增大或许坚持不变,那么这个DAC就具有单调性。反之,假如一个DAC的输出跟着数字编码的增大而减小,那么这个DAC就具有非单调性。
6 树立时刻
树立时刻是指模仿输出呼应数字输入上的一个过程改动而在限制的差错规模内确认一个数值的时刻。
7 假信号
假信号是指当转换器输入和输出改动状况时,从输入加到输出上的负荷量。
8 数字馈通
数字馈通是指当DAC没有启动时,高频逻辑信号穿透到转换器的输出而发生的输出噪音。
噪音有多个特征参数,如寄生自在动态量程(SFDR),总谐波失真(THD)和信噪比(SNR)。另一个参数THD+N则是总谐波失真加噪音与根本振幅的比。
下面几张图给出了DAC的几种架构。
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