选择和使用高精度数模转换器
时间：2011-05-10 23:17:40 来源： 作者：叶子
很多应用 (包括精密仪器、工业自动化、医疗设备和自动测试设备) 都需要高准确度数模转换。在 16
位分辨率时要求准确度好于约 ±15ppm 或 ±1LSB 的电路中，设计师传统上一直被迫使用大量校准，以在所有情况下保持准确度。新型高精度 DAC 使得能够采用一个单片式 DAC 来实现 ±4ppm 准确度或 ±1LSB
(在 18 位分辨率条件下)，而无需校准。在本文中我们将对高精度数模转换器的选择和使用过程中所涉及的问题进行研究。
DAC 的架构对于 DAC 的技术规格及其对电路板设计师的要求均有影响。为了实现最佳性能，需要谨慎地考虑 DAC 上的电源、基准和输出放大器所产生的影响。
过采样或增量累加 DAC
过采样或 ΔΣ ADC 采用一个低分辨率 DAC (通常仅 1 位)，在其前后分别布设一个噪声整形数字调制器和一个模拟低通滤波器。最准确的商用增量累加 DAC 实现 ±15ppm 的准确度，但是需要 15ms
才能稳定，并要承受相对较高的 1μV/√Hz 噪声密度。其它可购得的过采样 DAC 在 80us 内稳定，但是
INL 较差，大约为 240 ppm。
合成 DAC
通过结合两个较低分辨率的单片 DAC，有可能构成一个高分辨率的合成 DAC。请注意，粗略 DAC
的分辨率和精细 DAC 的范围需要重叠，以确保所有想要的输出电压都可实现。粗略 DAC 的准确度和漂移一般将限制合成 DAC 的最终准确度，因此要提高准确度，就需要对合成 DAC 转移函数的特性和软件进行校正。也可能需要频率校准，以校正随温度、时间、湿度和机械压力产生的变化导致的漂移。
电阻串 DAC
电阻串 DAC 采用具有 2N 个分接点的一系列电阻分压器，以实现 N 位分辨率。采用电阻串架构的单片 16 位 DAC 一般含有一个较低分辨率的电阻串 DAC 和一个范围较小的 DAC，范围较小的 DAC 用于插入串器件之间，以实现 16 位分辨率。这种串+内插器方法的一个优点是，DAC 输出具有固有的单调性，无需微调或校准。
一、AD及DA转换简介
1.1 AD转换概述
模拟信号与数字信号的概念
模拟信号转换为数字信号的意义
1.2 DA转换概述
数字信号转换为模拟信号的意义
DA转换的基本原理
1.3 AD及DA转换的应用领域
电子秤
工业控制
音频处理
二、AD转换器（模数转换器）
2.1 AD转换器的工作原理
采样
保持
量化和编码
2.2 AD转换器的类型
逐次逼近型（SAR）
双积分型
流水线型
2.3 AD转换器的主要性能指标
分辨率和量化误差 转换时间和转换速率
动态范围和线性范围
三、DA转换器（数模转换器）
3.1 DA转换器的工作原理
数字到模拟的转换过程
D/A转换器的类型及特点
3.2 DA转换器的主要性能指标
分辨率
转换误差
转换速度
3.3 DA转换器的应用实例
音频DAC
视频DAC
通信系统中的DA转换应用
四、AD及DA转换器的选择与评估
4.1 AD及DA转换器的选择依据
精度要求
转换速度要求
成本和功耗考虑
4.2 AD及DA转换器的评估方法
测试转换特性
分析转换误差 对比不同转换器的性能
4.3 AD及DA转换器的应用案例分析
模拟信号采集与数字处理
数字信号调节与模拟输出
五、AD及DA转换技术的未来发展
5.1 高速AD及DA转换技术
亚微米和深亚微米工艺
并行处理技术
5.2 高精度AD及DA转换技术
低噪声和低功耗设计
温度补偿技术
5.3 集成AD及DA转换技术
片上系统（SoC）
混合信号集成技术
5.4 新型AD及DA转换技术展望
生物医学信号处理领域
无线通信和物联网应用领域
六、模拟信号的采样与保持
6.1 采样定理
奈奎斯特采样定理
采样频率的选择
6.2 采样保持电路 采样保持电路的工作原理
采样保持电路的设计要点
七、模拟信号的量化与编码
7.1 量化过程
量化的概念与过程
量化误差
7.2 编码方法
二进制编码
格雷码编码
八、逐次逼近型AD转换器（SAR ADC）
ADS784412-Bit, 8-Channel Serial Output SamplingANALOG-TO-DIGITAL CONVERTERFEATURESqSINGLE SUPPLY: 2.7V to 5Vq8-CHANNEL SINGLE-ENDED OR4-CHANNEL DIFFERENTIAL INPUTqUP TO 200kHz CONVERSION RATEq±1 LSB MAX INL AND DNLqGUARANTEED NO MISSING CODESq72dB SINADqSERIAL INTERFACEq20-LEAD QSOP AND20-LEAD SSOP PACKAGESqALTERNATE SOURCE FOR MAX147®DESCRIPTIONThe ADS7844 is an 8-channel, 12-bit sampling ana-log-to-digital converter (ADC) with a synchronousserial interface. Typical power dissipation is 3mW ata 200kHz throughput rate and a +5V supply. Thereference voltage (VREF) can be varied between 100mVand VCC, providing a corresponding input voltagerange of 0V to VREF. The device includes a shutdownmode which reduces power dissipation to under 1µW.The ADS7844 is guaranteed down to 2.7V operation.Low power, high speed, and on-board multiplexermake the ADS7844 ideal for battery operated systemssuch as personal digital assistants, portable multi-channel data loggers, and measurement equipment.The serial interface also provides low-cost isolationfor remote data acquisition. The ADS7844 is availablein a 20-lead QSOP package and the MAX147 equiva-lent 20-lead SSOP package and is guaranteed over the–40°C to +85°C temperature range.
郑州科技学院
《微机原理与接口技术》课程设计
题 目 D/A数模转换器
学生姓名
目 录
1 课程的目的 ................................................................................................... 1
2 课程设计的任务与要求 ............................................................................... 2
3 设计方案与论证 ........................................................................................... 3
3.1 方案一 ................................................................................................ 3
3.2 方案二 ................................................................................................ 3
3.3 方案三 ................................................................................................ 3
3.4 方案四 ................................................................................................ 3
3.5 方案五 ................................................................................................ 4
