ADC和DAC主要技术指标简介
第三章 ADC和DAC
3.2 模数转换器(ADC) 参数及其电路形式 模数转换器(Analog-to-Digital Converter)简称 ADC，它是一种将模拟信 号转换成相应的数字信号的装置或器件。模拟信号是指那些在时间上和数值上都 是连续变化的信号。自然界中各种物理量，如声、光、力、热等，在时间上和量 的大小上也都是连续变化的。这些物理量经过传感器可以被变换成电信号，以便 用电子技术手段来处理。而大多数传感器变换得到的电压、电流信号仍然是连续 的。显然，这种连续变化的电压、电流信号属于模拟信号。模拟信号需要用模拟 仪表指示，用模拟电路进行信号加工、用模拟计算机进行处理。而模拟系统对外 界电磁干扰、环境温度的变化、电子元器件的参数变化都是比较敏感的，因此一 个高质量的模拟系统是非常昂贵的。 高速 ADC 的速度已达 1000MHz，高精度 ADC 的分辨率已达 24 位；高速 DAC 的速度也高达 500MHz，高精度 DAC 的分辨率己达 18 位。这样的指标已可以满足 绝大多数电子设备对器件的要求，包括某些特殊应用场合的要求。 模数转换过程 任何ADC都包括三个基本功能： 采样、量化和编码。采样过程将模拟信号在 时间上离散化，使之成为抽样信号；量化将抽样信号的幅度离散化使之成为数字 信号；编码则将数字信号最终表示成数字系统所能接受的的形式。如何实现这三 个功能就决定了ADC的形式和性能。同 采样频率应最少大于输入信号中最高频谱分量的两倍。下图是采样过程：
5. 芯片实例：LF398
droop[dru:p] v.低垂, 凋萎, 萎靡 implant v.灌输
(参见画图)
6.用 LF398 构成的峰值电压采样保持电路 峰值电压采样保持电路如下图所示。峰值电压采样保持电路由一片采样保持
器芯片 LF398 和一块电压比较器 LM311 构成。LF398 的输出电压和输入电压通过 LM311 进行比较，当 Vi>Vo 时，LM311 输出高电平，送到 LF398 的逻辑控制端 8 脚，使 LF398 处于采样状态；当 Vi 达到峰值而下降时，Vi<Vo，电压比较器 LM311 输出低电平，LF398 的逻辑控制端置低电平，使 LF398 处于保持状态。由于 LM311 采用集电极开路输出，故需接上拉电阻。放电脉冲控制输入 Vk 控制电容的放电。 Vk=“1”时，二极管 1N4148 和三极管 9013 导通，电容放电，为下次跟踪做好准 备；Vk=“0” 二极管和三极管截止，电路输出一直跟踪输入峰值的变化。
了解声卡的常见技术DAC和ADC
了解声卡的常见技术DAC和ADC 声卡是计算机中用于输入和输出音频信号的重要硬件设备，它能够将模拟音频信号转换为数字信号以便计算机处理，同时也能将数字信号转换为模拟信号以供外部设备播放。
在声卡中，常见的两项关键技术是数字模拟转换（DAC）和模数转换（ADC）。
一、数字模拟转换（DAC）数字模拟转换（Digital-to-Analog Converter，DAC）是声卡中的重要技术之一，主要用于将计算机内部生成的数字音频信号转换为模拟信号，以便输出到扬声器或其他音频设备上。
DAC技术的核心是将数字信号转换为模拟信号。
它通过将数字音频信号转换为一系列离散的模拟信号样本，再通过模拟滤波和放大等过程，还原出与原始音频信号相似的模拟音频信号。
在声卡中，DAC技术起到了至关重要的作用。
优质的DAC能够带来更高的音频还原度和更低的噪声水平，从而实现更好的音频质量。
DAC的技术参数包括采样率、位深度和信噪比等。
采样率是指每秒钟采集的样本数量，常见的采样率有44.1kHz和48kHz等。
位深度表示每个样本的精度，位深度越高，音频还原度越高。
信噪比则反映了DAC的输出信号与噪声的比值，信噪比越高，输出音频的清晰度越好。
二、模数转换（ADC）模数转换（Analog-to-Digital Converter，ADC）是声卡中另一个重要的技术，用于将模拟音频信号转换为数字信号，以便计算机进行处理和存储。
ADC技术的核心是将连续的模拟音频信号转换为一系列离散的数字音频样本，再通过量化和编码等过程，将连续的信号转化为离散的数字信号。
在声卡中，ADC技术的好坏直接影响着音频输入的质量。
高质量的ADC能够提供更高的采样率和更高的位深度，从而更准确地捕捉音频细节，保留音频的原始质量。
与DAC类似，ADC的技术参数也包括采样率和位深度。
采样率表示ADC每秒进行模拟信号采样的次数，常见的采样率有44.1kHz和48kHz等。
位深度则表示每个样本的精度，位深度越高，表示每个样本可以存储的信息越多，音频质量也会相应提高。
第九讲(DAC、ADC)
DGND
＆
XFER WR +
DAC0832的引脚 第8章 模拟接口
DAC0832是CMOS工艺，双列直插式20引脚。 ① VCC电源可以在5-15V内变化。典型使用 时用15V电源。 ② AGND为模拟量地线，DGND为数字量地 线，使用时，这两个接地端应始终连在一起。 ③ 参考电压VREF接外部的标准电源，VREF 一般可在+10V到—10V范围内选用。
0 83 2
8位 输入 寄 存 器
LE1
8位 DAC 寄 存 器
LE2
8位 D/A 转 换 器
VREF
IOUT1
IOUT2
＆
DGND
DAC0832的引脚 第8章 模拟接口
DAC0832是CMOS工艺，双列直插式20引脚。 ① VCC电源可以在5-15V内变化。典型使用 时用15V电源。 ② AGND为模拟量地线，DGND为数字量地 线，使用时，这两个接地端应始终连在一起。 ③ 参考电压VREF接外部的标准电源，VREF 一般可在+10V到—10V范围内选用。
DAC0832的引脚 第8章 模拟接口
DAC0832是CMOS工艺，双列直插式20引脚。 ① VCC电源可以在5-15V内变化。典型使用 时用15V电源。 ② AGND为模拟量地线，DGND为数字量地 线，使用时，这两个接地端应始终连在一起。 ③ 参考电压VREF接外部的标准电源，VREF 一般可在+10V到—10V范围内选用。
为数模(D／A)转换器和模数(A／D)转换器。
CPU与模拟外设之间的接口电路称为模拟接口。 在这一章里将介绍单片机与 A／D及D／A转换器接口，以及有关的应用。
第8章 模拟接口
8.2
DAC及其接口
转换器的原理及主要技术指标
I0
2R
2R
2R
2R
2R
2R
2R
2R
2R
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Rfb
IO1
-
IO2
+
VO
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
3
输出电压 的大小与数字量具有对应的关系。
4
二、D/A转换器的主要性能指标
1、分辨率
分辨率是指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时， 所对应的输出模拟量（常为电压）的变化量。它反映了输 出模拟量的最小变化值。
结果存储到片内RAM以DATA为起始地址的连续单 元中。
MAIN：MOV R1，#DATA ；置数据区首地址
MOV DPTR，#7FF8H ；指向０通道
MOV R7，#08H
；置通道数
LOOP：MOVX @DPTR，A ；启动A/D转换
HER：JB P3.3，HER
；查询A/D转换结束
MOVX A，@DPTR
转换器的原理及主要技术指标
1
D/A & A/D转换器及其与单片机接口
2
9.1 D/A转换器及其与单片机接口
9.1.1 D/A转换器的原理及主要技术指标
一、D/A转换器的基本原理及分类
Ｔ型电阻网络D/A转换器 ：
I I7
I6
I5
I4
I3
I2
I1
I0
VREF
R
R
R
R
R
R
R
I7
I6
I5
I4
I3
I2
I1
线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想
单片机ADC,DAC,专用ADC,DAC介绍
IDA0H:IDA0数据字高字节寄存器 位7-0：10为IDA0数据字的高8位
IDA0L:IDA0数据字低字节寄存器
位7-6： 10为IDA0数据字的低2位 位5-0： 未使用
D/A转换器应用举例
可编程增益控制放大器
可编程增益控制放大器如图所示。它由D/A转换器AD7520、运 算放大器A和四线-十线译码器组成。DAC接到运算放大器的输 出端和反相输入端。运算放大器的输出电压作为AD7520的参 考电压，D/A转换器的输出电流IO被送回到运算放大器的反相
2R R
参考电压UREF供出的总电流为： I U REF R 分流：流入求和点的各支路电流为：
d i 1时，I i I 2 n i d i 0 时，I i 0 U REF i n 2 I U REF i 2 2 R I i d i n i d i n 2 2 R
Ii di
U REF U REF i d 2 i 2 n 1 i R 2 n 1 R
运算放大器总的输入电流为
I I n 1 I n 2 I 2 I 1 I 0 U REF U REF n - 1 I i d i n - 1- i n - 1 d i 2 i 2 R 2 R i 0 i 0 i 0
3 权电流型D/A转换器
D0
Dn-2 Dn-1 RF I _ +
vO
I/2n VREF(-)
I/22
I/2
v0
RF I 2
n
i 0
n 1
2i Di
I
I
特点： 电路结构较复杂 转换时间短 开关的导通电阻 影响不大 转换电压精度高
4 开关树型D/A转换器
dac技术指标
dac技术指标
DAC技术指标包括以下几个方面：
1. 分辨率：DAC的分辨率是指它能够将输入的模拟信号转换为多少个离散的数字量化值。
较高分辨率可以提供更精确的信号处理。
2. 采样率：DAC的采样率是指它能够按照多少次每秒的速度对输入信号进行采样。
较高的采样率可以提供更高的信号保真度和准确性。
3. 动态范围：DAC的动态范围是指它能够处理的信号强度范围，即最大信号强度和最小信号强度之间的差值。
较高的动态范围可以提供更广泛的信号处理能力。
4. 四象限输出能力：一些DAC的输出能够在正半轴和负半轴上都有输出能力，这种能力通常称为四象限输出能力。
5. 相互耦合性：DAC内部元素之间的相互作用会导致误差和失真，因此DAC
的相互耦合性越小，其输出的精度和准确性就会越高。
6. 集成度：DAC的集成度是指它所占用的芯片面积。
较高的集成度可以实现更小巧的芯片设计，从而提高系统的集成和可靠性。
7. 节能性：节能性是指DAC在工作时的耗电量和待机时的耗电量之间的比例。
这可以直接影响设备的电池寿命和节能效果。
AD_DA原理及主要技术指标
一.产生原因随着现代科学技术的迅猛发展特别是数字系统已广泛应用于各种学科领域及日常生活微型计算机就是一个典型的数学系统。
但是数字系统只能对输入的数字信号进行处理其输出信号也是数字信号。
而在工业检测控制和生活中的许多物理量都是连续变化的模仿量如温度、压力、流量、速度等这些模拟量可以通过传感器或换能器变成与之对应的电压、电流或频率等电模拟量。
为了实现数字系统对这些电模拟量进行检测、运算和控制就需要一个模拟量与数字量之间的相互转换的过程。
即经常需要将模拟量转换成数字量简称为AD转换完成这种转换的电路称为模数转换器(Analog to Digital Converter) 简称ADC;或将数字量转换成模拟量简称DA转换完成这种转换的电路称为数模转换器(Digital to Analog Converter) 简称DAC图1是某微机控制系统框图。
二.ADC和DAC基本原理及特点2.1 模数转换器(ADC)的基本原理模拟信号转换为数字信号一般分为四个步骤进行即取样、保持、量化和编码。
前两个步骤在取样-保持电路中完成后两步骤则在ADC中完成。
常用的ADC有积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ -Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。
下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点:1）积分型(如TLC7135) 。
积分型ADC工作原理是将输入电压转换成时间或频率，然后由定时器/计数器获得数字值。
其长处是用简朴电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依靠于积分时间因此转换速率极低。
初期的单片ADC大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。
双积分是一种常用的AD 转换技术具有精度高，抗干扰能力强等优点。
但高精度的双积分AD芯片价格较贵，增加了单片机系统的成本。
2）逐次逼近型(如TLC0831) 。
逐次逼近型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成从MSB开始顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较经n次比较而输出数字值。
什么是ADC和DAC
什么是ADC和DACADC是Analog-t o-Digit al Convert er的缩写，指模拟／数字转换器。
我们常用的模拟信号，如温度、压力、电流等，如果需要转换成更容易储存、处理的数字形式，用模／数转换器就可以实现这个功能。
ADC将模拟输入信号转换成数字信号的电路或器件。
模数转换器的实例有逐次逼近ADC，电压-频率(V/F)转换器，双斜率ADC和高速闪烁ADC。
模数转换器也称为数字化仪。
A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。
在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。
取样和保持 取样是将随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量。
取样过程示意图如图1所示。
图（a）为取样电路结构，其中，传输门受取样信号S(t)控制，在S(t)的脉宽τ期间，传输门导通，输出信号vO(t)为输入信号v1,而在（Ts-τ）期间，传输门关闭，输出信号vO(t)=0。
电路中各信号波形如图（b）所示。
图1 取样电路结构(a)图1 取样电路中的信号波形(b)通过分析可以看到，取样信号S(t)的频率愈高，所取得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。
但带来的问题是数据量增大，为保证有合适的取样频率，它必须满足取样定理。
取样定理：设取样信号S(t)的频率为f s，输入模拟信号v1(t)的最高频率分量的频率为f imax，则f s与f imax必须满足下面的关系f s≥2f imax，工程上一般取f s>(3～5)f imax。
将取样电路每次取得的模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定值，每次取得的模拟信号必须通过保持电路保持一段时间。
取样与保持过程往往是通过取样-保持电路同时完成的。
取样-保持电路的原理图及输出波形如图2所示。
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2、AD转换器的主要技术指标
1）分辨率（Resolution）指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2的比值。
分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。
2）转换速率（Conversion Rate）是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需要的时间的倒数。
积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。
采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。
为了保证转换的正确完成，采样速率（Sample Rate）必须小于或等于转换速率。
因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。
常用单位是Ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo/Million Samples per Second）3）量化误差（Quantizing Error）由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD 的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。
通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。
4）偏移误差（Offset Error）输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。
5）满刻度误差（Full Scale Error）满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。
6）线性度（Linearity）实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。
其它指标有：绝对精度（Absolute Accuracy），相对精度（Relative Accuracy），微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distortion缩写THD）和积分非线性。
3、DA转换器
DA转换器的内部电路构成无太大差异，一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类。
大多数DA转换器由电阻阵列和N个电流开关（或电压开关）构成。
按数字输入值切换开关，产生比例于输入的电流（或电压）。
此外，也有为了改善精度而把恒流源放入器件内部的。
一般说来，由于电流开关的切换误差小，大多采用电流开关型电路，电流开关型电路如果直接输出生成的电流，则为电流输出型DA转换器，如果经电流—电压转换后输出，则为电压输出型DA转换器。
此外，电压开关型电路为直接输出电压型DA转换器。
1）电压输出型（如TLC5620）
电压输出型DA转换器虽有直接从电阻阵列输出电压的，但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。
直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出放大器部分的延迟，故常做为高速DA转换器使用。
2）电流输出型（如THS5661A）
电流输出型DA转换器很少直接利用电流输出，大多外接电流—电压转换电路得到电压输出，后者有两种方法：一是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流—电压转换，二是外接运算放大器。
用负载电阻进行电流—电压转换的方法，虽可在电流输出引脚上出现电压，但必须在规定的输出电压范围内使用，而且由于输出阻抗高，所以一般外接运算放大器使用。
此外，大部分CMOS DA转换器当输出电压不为零时不能正确动作，所以必须外接运算放大器。
当外接运算放大器进行电流电压转换时，则电路构成基本上与内置放大器的电压输出型相同，这时由于在DA转换器的电流建立时间上加入了运算放大器的延迟，使响应变慢。
此外，这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易起振，有时必须作相位补偿。
3）乘算型（如AD7533）
DA转换器中有使用恒定基准电压的，也有在基准电压输入上加交流信号的，后者由于能得到数字输入和基准电压输入相乘的结果而输出，因而称为乘算型DA转换器。
乘算
型DA转换器一般不仅可以进行乘法运算，而且可以作为使输入信号数字化地衰减的衰减器及对输入信号进行调制的调制器使用。
4）一位DA转换器
一位DA转换器与前述转换方式全然不同，它将数字值转换为脉冲宽度调制或频率调制的输出，然后用数字滤波器作平均化而得到一般的电压输出（又称位流方式），用于音频等场合。
4、DA转换器的主要技术指标：
1）分辩率（Resolution）指最小模拟输出量，（对应数字量仅最低位为‘1’）与最大量（对应数字量所有有效位为‘1’）之比。
2）建立时间（Setting Time）是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需的时间，也可以认为是转换时间。
DA中常用建立时间来描述其速度，而不是AD中常用的转换速率。
一般地，电流输出DA建立时间较短，电压输出DA则较长。
其它指标还有线性度（Linearity），转换精度，温度系数/漂移。