1、課程名稱：電子技術與項目訓練（數字電路）課程名稱：電子技術與項目訓練（數字電路）任務任務4-1: D/A轉換器的測試與分析轉換器的測試與分析決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組n AD7520AD7520組成組成D/AD/A轉換器電路的測試轉換器電路的測試n 相關測量誤差分析相關測量誤差分析工作任務決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組能力目標能力目標n能夠理解能夠理解D/AD/A轉換器的基本原理及主要轉換器的基本原理及主要技術指標技術指標n掌握掌握R-2RR-2R倒倒

2、T T形電阻網絡形電阻網絡DACDAC的電路結的電路結構與工作原理構與工作原理n掌握集成掌握集成D/AD/A轉換器轉換器AD7520AD7520的電路結構的電路結構與基本應用與基本應用決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組知識目標知識目標nD/AD/A轉換器的基本概念與原理轉換器的基本概念與原理nD/AD/A轉換器的主要技術指標、應用及相關誤差轉換器的主要技術指標、應用及相關誤差分析知識分析知識nD/AD/A轉換器轉換器AD7520AD7520的基本功能及應用的基本功能及應用決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標

3、 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器的測試與分析轉換器的測試與分析模模/ /數轉換器數轉換器(ADC):(ADC):模擬信號轉換成數字信號；模擬信號轉換成數字信號；數數/ /模轉換器模轉換器(DAC):(DAC):數字信號轉換成模擬信號；數字信號轉換成模擬信號；ADCADC（Analog to Digital ConverterAnalog to Digital Converter）也稱為）也稱為A/DA/D轉換器轉換器DACDAC（Digital to Analog ConverterDigital to Analog Converter）也稱為）也稱為D/AD/A轉

4、換器轉換器電模擬量數字量數字量電模擬量非電量控制對象傳感器ADC計算機DAC執行器圖4-1 計算機自動控制系統典型結構圖決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組數數/ /模轉換器的基本工作原理模轉換器的基本工作原理數數/ /模轉換器基本功能要求：模轉換器基本功能要求： 是將輸入的二進制數字量轉換成與該數字是將輸入的二進制數字量轉換成與該數字量成比例的以電壓或電流形式輸出的模擬量，量成比例的以電壓或電流形式輸出的模擬量，要求這種轉換關系是線性的。要求這種轉換關系是線性的。決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所

5、有：常信院電子技術與項目訓練課程組數數/ /模轉換器的基本工作原理模轉換器的基本工作原理設設DACDAC輸入的數字量為輸入的數字量為n n位二進制數碼位二進制數碼D D（D=DD=Dn-1n-1D Dn-n-2 2DD0 0），），D Dn-1n-1為最高位為最高位MSBMSB（Most Most Significant BitSignificant Bit），），D D0 0為最低位為最低位LSBLSB（Least Least Significant BitSignificant Bit），則），則D D的數值可表示為的數值可表示為 （4-14-1）DACDAC電路的輸出量電路的輸出量uou

6、o應該是輸入量應該是輸入量D D成線性比例的成線性比例的模擬量，即模擬量，即 （4-24-2）式中式中K K為轉換比例系數。為轉換比例系數。120120222nnnnDDDD+120120(22)nnonnuKDK DDD2決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組數數/ /模轉換器的基本工作原理模轉換器的基本工作原理DACDAC的一般結構如上圖，一般由數據鎖存器、數的一般結構如上圖，一般由數據鎖存器、數字位控電子開關、電阻譯碼網絡、放大器等組字位控電子開關、電阻譯碼網絡、放大器等組成系數。成系數。數據鎖存器數字位控電子開關電阻譯碼網絡

7、放大器模擬量輸出參考電壓圖4-2 DAC結構原理圖Dn-1Dn-2D0Uo決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組R-2RR-2R倒倒T T形電阻網絡形電阻網絡DACDAC基本原理基本原理 如圖中所示，如圖中所示，UrefUref為基準電壓，其中四個模擬開關為基準電壓，其中四個模擬開關S3S3S0S0表示表示4 4位二進制數位二進制數D3D2D1D0D3D2D1D0，當某一位數，當某一位數Di=1Di=1，即表示，即表示SiSi接接1 1，這時相應電阻這時相應電阻2R2R接至運算放大器的反相輸入端；當接至運算放大器的反相輸入端；當Di

8、=0Di=0，即，即表示表示SiSi接接0 0，對應位的電阻，對應位的電阻2R2R接至運算放大器的同相輸入端接至運算放大器的同相輸入端（接地）。由于運算放大器的反相輸入端為（接地）。由于運算放大器的反相輸入端為“虛地虛地”，因此，因此不管輸入代碼為不管輸入代碼為0 0還是為還是為1 1，皆可看作接地，這樣，各支路的，皆可看作接地，這樣，各支路的電流便始終不變。電流便始終不變。 _+uoIo1D32RIrefR10I3UrefS3D22RR10I2S2D12RR10I1S12RR10I0S0D02R圖4-3 R-2R倒T形電阻網絡DAC結構圖Io2決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊

9、 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組R-2RR-2R倒倒T T形電阻網絡形電阻網絡DACDAC基本原理基本原理由參考電壓源由參考電壓源UrefUref輸出的總電流輸出的總電流IrefIref也始終不變，也始終不變，其值為其值為按分流原理，倒按分流原理，倒T T形電阻網絡內形電阻網絡內各支路電流分別為：各支路電流分別為：則流向運算放大器反相輸入端的電流則流向運算放大器反相輸入端的電流I I為：為：refrefUIR31122213304422222222refrefrefrefrefrefrefrefIUIRIUIRIUIRIUIR32103322110032104(2222 )

10、2refUIDIDIDIDIDDDDR決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組R-2RR-2R倒倒T T形電阻網絡形電阻網絡DACDAC基本原理基本原理DACDAC的輸出電壓的輸出電壓o o為：為：由上式可知，由上式可知，DACDAC輸出電壓與輸入數字量的值成線輸出電壓與輸入數字量的值成線性比例關系：性比例關系：其中：其中：uouo為輸出電壓值為輸出電壓值UrefUref為參考電壓值為參考電壓值 n n為為D/AD/A轉換器的轉換位數轉換器的轉換位數NnNn為輸入的二進制值為輸入的二進制值 120120(222 )2refnnonnn

11、UuIRDDD 2refonnUuN 決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器的主要技術指標轉換器的主要技術指標分辨率分辨率: :是說明是說明DACDAC分辨最小輸出電壓的能力，通常用最小分辨最小輸出電壓的能力，通常用最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來表示，因此輸出電壓與最大輸出電壓的比值來表示，因此分辨率可表示為分辨率可表示為1010位位D/AD/A轉換器的分辨率為轉換器的分辨率為 D/A轉換器的位數越多，分辨輸出最小電壓的能力越強轉換器的位數越多，分辨輸出最小電壓的能力越強 121n1010.00097821決策

12、決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器的主要技術指標轉換器的主要技術指標轉換誤差轉換誤差: :nD/AD/A轉換器的轉換誤差是指實際的輸出模擬電轉換器的轉換誤差是指實際的輸出模擬電壓與理想情況下應有的輸出電壓之差。壓與理想情況下應有的輸出電壓之差。n轉換誤差可以用滿量程（轉換誤差可以用滿量程（FSRFSR）電壓的百分數）電壓的百分數表示，也可以用最低數字的倍數表示。表示，也可以用最低數字的倍數表示。n轉換誤差為轉換誤差為0.2%FSR0.2%FSR，就表示轉換誤差與滿量，就表示轉換誤差與滿量程電壓之比為程電壓之比為0.

13、2%0.2%；而轉換誤差為；而轉換誤差為1/2LSB1/2LSB，就，就表示輸出模擬電壓轉換誤差等于只有最低位為表示輸出模擬電壓轉換誤差等于只有最低位為1 1時輸出電壓的時輸出電壓的1/21/2。 決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器的主要技術指標轉換器的主要技術指標n轉換誤差是一個綜合誤差，它包含非線性誤轉換誤差是一個綜合誤差，它包含非線性誤差、比例系數誤差和漂移誤差等差、比例系數誤差和漂移誤差等 。n非線性誤差是由電子開關導通時的電壓降和非線性誤差是由電子開關導通時的電壓降和電阻網絡的電阻值偏差產生的；電阻網

14、絡的電阻值偏差產生的；n比例系數誤差是由于參考電壓源和比例電阻比例系數誤差是由于參考電壓源和比例電阻偏移引起的；偏移引起的；n漂移誤差是由運算放大器零點漂移引起的漂移誤差是由運算放大器零點漂移引起的n為了獲得高精度的為了獲得高精度的DACDAC，總單純選用高分辨率，總單純選用高分辨率的的DACDAC器件是不夠的，還必須考慮采用高穩定器件是不夠的，還必須考慮采用高穩定性的性的VrefVref和低漂移運算放大器等和低漂移運算放大器等 決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器的主要技術指標轉換器的主要技術指標建立時間：建立

15、時間：n建立時間又稱轉換時間，它是指從數字信號建立時間又稱轉換時間，它是指從數字信號輸入輸入DACDAC起，到輸出電流（或電壓）達到穩定起，到輸出電流（或電壓）達到穩定值所需的時間。值所需的時間。n建立時間的長短決定了轉換速度，建立時間建立時間的長短決定了轉換速度，建立時間越短的越短的DACDAC越適應工作速度高的場合。越適應工作速度高的場合。n建立時間與輸入數碼變化的大小有關。通常建立時間與輸入數碼變化的大小有關。通常以輸入數碼由全以輸入數碼由全0 0變化為全變化為全1 1時，時，DACDAC輸出達到輸出達到穩定的時間作為建立時間。穩定的時間作為建立時間。n一般情況下，一般情況下，DACDA

16、C要求的精度越高，建立時間要求的精度越高，建立時間就越長。就越長。 決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器的主要技術指標轉換器的主要技術指標溫度系數：溫度系數：n溫度系數是指輸出模擬電壓隨溫度變化而產溫度系數是指輸出模擬電壓隨溫度變化而產生的變化量。生的變化量。n一般用滿量程輸出條件下，溫度每升高一般用滿量程輸出條件下，溫度每升高11輸輸出電壓變化的百分數作為溫度系數。出電壓變化的百分數作為溫度系數。 此外，此外，DACDAC還有輸入高低邏輯電平、輸入電阻、還有輸入高低邏輯電平、輸入電阻、輸出值范圍、輸出電阻、電源

17、電壓和功率消耗輸出值范圍、輸出電阻、電源電壓和功率消耗等參數供使用時選擇。等參數供使用時選擇。 決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器轉換器AD7520AD7520的電路結構的電路結構D0D1D2D3D4D5D7D6D8D94567891110121316123GNDRfIo1Io21514Vref+VDD圖4-4 AD7520符號圖nAD7520是是10位數碼位數碼CMOS電流開關電流開關R-2R倒倒T形電阻網絡形電阻網絡D/A轉換器轉換器n雙列直插式雙列直插式16腳器件腳器件n內部內部T形電阻網絡中形電阻網絡中

18、R=10k，2R=20k，故，故Rf= 10k。n運算放大器不包含在內部，運算放大器不包含在內部，需要外接。需要外接。 決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器轉換器AD7520AD7520的電路結構的電路結構AD7520轉換后的輸出模擬電壓轉換后的輸出模擬電壓uo為為 （4-4）式中，式中，N10為為10位二進制數位二進制數D9D0所對所對應的十進制數。應的十進制數。當基準電源采用負電源當基準電源采用負電源-Vref時，則轉換時，則轉換后的輸出模擬電壓后的輸出模擬電壓uo全為正值。全為正值。 10102refoVu

19、N 決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器轉換器AD7520AD7520的電路應用的電路應用如圖為如圖為AD7520典型應用的電路原理圖，采用典型應用的電路原理圖，采用LF155作為其輸出運算放大器，通過調整作為其輸出運算放大器，通過調整三個可調電位器，可以調整三個可調電位器，可以調整“零點零點”及及“滿量程值滿量程值” 。D04D15D26D37D48D59D610D711D812D913Rf16Io11Io22Vref15+Vdd14GND3U1AD7520Rp325KV-4B15OUT6V+7NC8B11-2

20、+3U2LF155+12V-12VRp11KVoGND+12VRp225KGNDD0D1D2D3D4D5D6D7D8D9決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器轉換器AD7520AD7520的電路應用的電路應用n測試任務測試任務AD7520組成組成D/A轉換器電路的測試轉換器電路的測試相關測量誤差分析相關測量誤差分析n任務要求任務要求n按測試步驟完成按測試步驟完成AD7520組成組成D/A轉換器電路的轉換器電路的功能測試，并撰寫測試報告（一組交一份）功能測試，并撰寫測試報告（一組交一份）n測試器材測試器材測試設備：雙

21、路可調電源、萬用表、數字電測試設備：雙路可調電源、萬用表、數字電路實驗箱路實驗箱器件：器件：AD7520、LF155、1k可調電位器可調電位器1只、只、25k可調電位器可調電位器2只只決策決策實施實施計劃計劃評估評估檢查檢查資訊資訊 目標目標 版權所有：常信院電子技術與項目訓練課程組D/AD/A轉換器轉換器AD7520AD7520的電路應用的電路應用n根據根據AD7510AD7510電路的技術文檔，畫出可以調整零電路的技術文檔，畫出可以調整零點、滿量程輸出電壓值的電路原理圖；點、滿量程輸出電壓值的電路原理圖；n調零：根據原理圖，置調零：根據原理圖，置D9D9D0D0為為“全全0”0”，調，調整可調位器整可調位器Rp3Rp3，使輸出電壓為，使輸出電壓為0V0V。n調滿量程值：