典型的DAC集成芯片

典型的DAC集成芯片DAC集成芯片种类繁多，功能和性能也不尽相同。仅美国模拟器件公司(AD公司)生产的DAC芯片，就有几十个系列，几百种型号。其中有的为了满足实际应用的要求，在芯片中除集成了组成DAC的各部分基本电路外，还附加了一些特殊的功能电路，使之在某个领域的应用中或某几个指标上有更高的性能。但是，不管DAC芯片种类有多少，从与CPU接口的角度看，无非有这样几类： 片内无输入缓存器的DAC，如AD1408等。（1） 片内有单级输入缓存器的DAC，如AD7524、AD558等。 片内有双级输入缓存器的DAC，如DAC 0832、AD7528、DAC1210等。 8位DAC，如DAC 0832、AD1408、AD558/559等。（2） 分辨率高于8位的DAC，如10位的AD561，12位的DAC1210/1209/1208/1232、 AD562/563、AD7520/7521，16位的DAC1136/1137等。 并行输入DAC。（3） 串行输入DAC，如AD7543等。 串/并输入DAC，如AD7522等。各类中不同的DAC，与MPU的接口技术各有所不同，但它们的基本功能和使用方法是相同的，所以只简介一下实际中应用较多的DAC 0832和DAC1210。1. DAC 0832DAC 0832是8位芯片，采用CMOS工艺和R-2RT型电阻解码网络，转换结果以一对差动电流IO1和IO2输出。其主要性能参数为： 分辨率： 8位 转换时间： 1s 满刻度误差： 1LSB 单电源： +5V+15V 基准电压： +10V-10V 数据输入电平与TTL电平兼容1) 内部结构与外部引脚如图11.4所示。从图中可看出，DAC 0832共有如下20条引脚信号线： DI7DI0数字量输入端。可直接与CPU数据总线相连。IO1、IO2模拟电流输出端1和2。IO1+IO2=常数。片选端，低电平有效。ILE允许输入锁存。、写信号1和2，低电平有效。传送控制信号，低电平有效。Rfb反馈电阻接出端，芯片内部此端和IO1端之间已接有一电阻Rfb，其值为15k。VR基准电压输入端，范围为+10V-10V，此电压越稳定模拟输出精度越高。图11.4 DAC 0832内部结构和外部引脚VCC电源电压，+5V+15V。AGND模拟地。DGND数字地。8位输入寄存器的锁存使能端由与门1进行控制。当、为低电平，ILE为高电平时，输入寄存器的输出Q跟随输入D。这三个控制信号任一个无效，例如由低电平变高电平时，则变低，输入数据立刻被锁存。8位DAC寄存器的锁存使能端由与门3进行控制，当和二者都有效时，DAC寄存器的输出Q跟随输入D，此后若和中任意一个信号变高电平时，输入数据被锁存。8位DAC对DAC寄存器的输出进行转换，输出与数字量成一定比例的模拟量电流。当VCC、VR在允许范围内(但VR幅值不应低于5V)设定后，IO1与数字量N有如下关系： IO1=式中R为5k；VR为引脚8(VR端)实测电压；N为输入数字量。当DAC寄存器中为全1时，引脚IO1输出电流最大，为，即满刻度值(FS)；当DAC寄存器中为全0时，IO1为0。IO1电流方向随VR极性而改变。2) 应用说明(1) 由于芯片内有两级数据寄存器，所以在用双缓冲方式工作时，要有两级写操作。为此需要两个地址译码信号分别接到端和端，即需要两个不同的端口地址。至于、，则可一起接CPU的信号。这种双缓冲工作方式的优点是，DAC 0832的数据接收和启动转换可异步进行。于是可在D/A转换的同时，进行下一数据的接收，以提高模拟输出通道的转换速率。更重要的是，多个模拟输出通道有可能同时进行D/A转换，所以它特别适合于需要多个模拟输出通道同时刷新(改变)输出的应用场合。(2) 可工作于单缓冲方式下，这时要使两级寄存器中的某一级处于直通状态。通常是使第二级DAC寄存器直通，方法是将和两端都固定接地。在这种单缓冲方式下，数据只要一写入DAC芯片，就立即进行数/模转换，省去了一条输出指令。一般在不要求多个模拟输出通道同时更新输出的应用场合都采用这种方式。(3) DAC 0832直接得到的转换输出信号是模拟电流IO1和IO2(IO1+IO2=常数)。为得到电压输出，应加接一运算放大器，如图11.5所示。这时得到的电压vO是单极性，极性与VR相反： vO=-Rfb将R=5k，Rfb=15k代入，即得vO=-VR可见模拟输出电压vO的大小与输入数字量N的大小成正比。当N从00H至FFH变化时，vO在0V至()之间变化。若VR=+5V，则1LSB=0.02V，这时的满刻度输出电压为-4.98V。(4) 如要输出双极性电压，应于输出端再加一级运算放大器作为偏移电路，如图11.6所示。作为偏移电路的运算放大器A2是个反相比例求和电路，使A1的输出电压的两倍与参考电压VR求和，即vO=从前述的结果知道，的极性与VR相反，大小与8位输入数字量N成正比。若VR为正，则当N128(即80H)时，vO0；当N128(80H)时，vO0；当N=128(80H)时，vO=0。通常通过调整VR和R阻值，把N=FFH对应的输出电压调到正满刻度值(即最高电压值VR，比VR小1LSB=VR) ，而把N=00H对应的电压调到负满刻度值(即最低电压值-VR)，把N=80H对应的电压调到零。 图11.5 单极性电压输出接法图11.6 双极性电压输出接法表11.1给出了VR=+5V时，与一些典型的输入数字量N值相对应的单极性和双极性的模拟电压输出值。从表11.1中数字输入与双极性模拟电压输出的关系以及上述说明可看出，DAC 0832接成双极性电压输出形式后，输入8位数字码的最高位实际为符号位，数值位只有7位。在VR为正的情况下，符号位“1”为正，“0”为负。通常把这种对应于上述双极性输出电压的输入数码称为偏移二进制码，简称为偏移码。表11.1 VR=+5V时数字输入与模拟电压输出的对应关系数字量NMSB LSB模拟量(VR=+5V)单极性vO双极性vO-4.98V-4.96V-2.52V-2.50V-2.48V-0.02V0V+4.96V1+4.92V+0.04V0V-0.04V-4.96V-5V偏移码和原码、补码、反码同属双极性码。这四者的对应关系如表11.2所示(以3位双极性码为例)。从该表可见，偏移码与补码、反码的符号位表示正好相反，并且同一个数的偏移码与补码，除了符号位相反外数值位完全相同。表1 1.2 几种双极性码十进制数原码偏移码补码反码符号数值符号数值符号数值符号数值3011111011011201011001001010011010010010000100000000-1101011111110-2110010110101-3111001101100上述有关单极性输出变双极性输出的规律和方法，不仅适用于DAC 0832，对其他各种DAC也同样适用。就是说，在单极性DAC基础上，只要在输出端加一个由求和运算放大器组成的偏移电路，使在求和点上加入一个能抵消半个单极性满量程电流的偏移电流，即可变成偏移码的双极性DAC。图11.7 另一种双极性电压输出接法当然，也可以不采用图11.6的加两级运算放大器的方法来得到双极性DAC，而通过在图11.5中运算放大器的求和点直接增加一个由偏移电阻RB和偏移电源VB组成的偏移电路，同样可达到使单极性满量程输出电流偏移一半的目的，从而得到偏移码的双极性DAC，如图11.7所示。但要注意，为了保证转换精度，偏移电源电压VB必须和DAC芯片的基准电压数值相等，极性相反；偏移电阻RB应该等于芯片中T型电阻解码网络的符号位电阻，以保证当偏移二进制码数字信号的符号位为1而各数值位全为0时，输出电压vO为0。实际中，偏移电阻RB可采用可调电阻，通过调整它来调零。这样得到的双极性DAC，输出电压的数值比单极性时降低了一半。如要加大双极性输出电压值，可通过相应地加大反馈电阻Rf来实现(对于DAC 0832构成的电路，可在运算放大器的输出端和DAC 0832的第9脚(Rfb端)之间再串接一个电阻，该电阻与芯片内部的15k Rfb一起构成反馈电阻Rf)。有了偏移码双极性DAC，很容易得到补码形式的双极性DAC。由于补码和偏移码的唯一区别只是符号位相反，所以只要把补码的符号位经过一级非门反相，然后和数值位一起加到偏移码双极性DAC的输入端，即可实现补码D/A转换。2. DAC1210DAC1210是12位芯片，电流建立时间为1s，单电源(+5V+15V)工作，参考电压最大为25V，25mW低功耗，输入信号端与TTL电平兼容。它的内部结构与引脚情况如图11.8所示。图11.8 DAC1210的内部结构与外部引脚从图可见，DAC1210的基本结构与DAC 0832相似，也是由两级缓冲寄存器组成。主要差别在于它是12位数码输入，为了便于和广泛应用的8位MPU接口，它的第一级寄存器分成了一个8位输入寄存器和一个4位输入寄存器，以便利用8位数据总线分两次将12位数据写入DAC芯片。这样DAC1210内部就有三个寄存器，需要3个端口地址，为此，内部提供了三个信号的控制逻辑。对各控制输入信号，须说明一下的作用。它是写字节1/字节2的控制信号，=1，写8位输入寄存器；=0,不写8位输入寄存器，只写4位输入寄存器。关于DAC1210的使用，也与DAC 0832差