数模转换器基本原理及常见结构
数模转换的基本步骤及原理
数模转换的基本步骤及原理
数模转换的主要步骤包括:1. 采样。
连续时域的模拟信号通过采样保持器进行采样,获取这一时刻的幅值,形成脉冲序列。
2. 量化。
将每个采样值APPROXIMATE 最邻近的量化级,获得数字编码。
量化级数决定分辨精度。
3. 编码。
将量化结果转变为标准化的数字输出代码。
常用编码方法有自然二进制编码、偏移二进制编码等。
4. 平滑。
对输出代码进行低通滤波,平滑降噪,提高信噪比。
其基本原理是:1. 采样定理。
采样频率必须大于信号最高频率的两倍,以避免频谱混叠。
2. 量化误差。
量化会产生量化噪声,需要权衡量化级数和噪声。
3. 编码表示。
编码要尽量消除误差,提高分辨率。
4. 平滑重构。
低通滤波可以抑制高频噪声,提高输出精度。
5. 反馈校正。
采用正反馈可补偿量化误差,改善转换特性。
数字信号处理技术使数模转换得到广泛应用。
合理设计和使用数模转换系统,可以获得高精度的转换结果。
朋友,希望这些内容对您有所帮助。
如还有其他问题,欢迎继续提出。
数模转化器工作原理与接口隔离技术和外围电路
数模转化器工作原理与接口隔离技术和外围电路数模转化器简介数模转化器，又称DIA转换器，简称DAC I 数模转化器是将数字信号转换为模拟信号的系统。
D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、 运算放大器、 基准电源和一模拟开关。
它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件。
般用低通滤波即可以实现。
数模转换器工作原理就是数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。
数模转化器构成DAC主要由数字寄存器、 模拟电子开关、 位权网络、 求和运算放大器和基准电压源（或恒流源）组成。
用存千数字寄存器的数字量的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为1的位在位权网络上产生与其位权成正比的电流值，再由运算放大器对各电流值求和，并转换成电压值。
根据位权网络的不同，可以构成不同类型的DAC, 如权电阻网络DAC、 R-2R倒T形电阻网络DAC和单值电流型网络DAC等。
©权电阻网络DAC的转换精度取决于基准电压VREF, 以及模拟电子开关、 运算放大 器和各权电阻值的精度。
它的缺点是各权电阻的阻值都不相同，位数多时，其阻值相差甚远，这给保证精度带来很大困难，特别是对于集成电路的制作很不利，因此在集成的DAC中很少单独使用该电路。
@R-2R倒T形电阻网络DAC由若干个相同的R、2R网络节组成，每节对应于一个输入位。
节与节之间串接成倒T形网络。
R-2R倒T形电阻网络DAC是工作速度较快、应用较多的一种。
和权电阻网络比较，由千它只有R、2R两种阻值，从而克服了权电阻阻值多，且阻值差别大的缺点。
＠电流型DAC则是将恒流源切换到电阻网络中，恒流源内阻极大，相当于开路，所以连同电子开关在内，对它的转换精度影响都比较小，又因电子开关大多采用非饱和型的ECL开关电路，使这种DAC可以实现高速转换，转换精度较高。
数模转化器工作原理数字量是用代码按数位组合起来表示的，对千有权码，每位代码都有一定的位权。
模拟数字转换器的基本原理
模拟数字转换器的基本原理我们处在一个数字时代,而我们的视觉、听觉、感觉、嗅觉等所感知的却是一个模拟世界。
如何将数字世界与模拟世界联系在一起,正是模拟数字转换器(ADC)和数字模拟转换器(DAC)大显身手之处。
任何一个信号链系统,都需要传感器来探测来自模拟世界的电压、电流、温度、压力等信号。
这些传感器探测到的信号量被送到放大器中进行放大,然后通过ADC把模拟信号转化为数字信号,经过处理器、DSP或FPGA信号处理后,再经由DAC还原为模拟信号。
所以ADC和DAC在信号链的框架中起着桥梁的作用,即模拟世界与数字世界的一个接口。
信号链系统概要一个信号链系统主要由模数转换器ADC、采样与保持电路和数模转换器DAC组成,见图1。
DAC,简单来讲就是数字信号输入,模拟信号输出,即它是一种把数字信号转变为模拟信号的器件。
以理想的4 bit DAC为例,其输入有bit0 到bit3,其组合方式有16种。
使用R-2R梯形电阻的4bit DAC在假定Vbit0到Vbit3都等于1V时,R-2R间的四个抽头电压有四种,分别为V1到V4。
采样保持电路也叫取样保持电路,它的定义是指将一个电压信号从模拟转换成数字信号时需要保持稳定性直到完成转换工作。
它有两个阶段,一个是zero phase,一个是compare phase。
采样保持电路的比较器通常要求其offset比较小,这样才能使ADC的精度更好。
通常在比较器的后面需要放置一个锁存器,其目的是为了保持稳定性。
在采样电压快速变化时,需要用到具有FET开关的采样与保持电路。
当FET开关导通时,输入电压保存在某个位置如C1中,当开关关断时,电压仍保持在该位置中进行锁存,直到下一个采样脉冲的到来。
ADC与DAC在功用上正好相反,它是模拟信号输入,数字信号输出,是一个混合信号器件。
模数转换器ADCADC按结构分有很多种,按其采样速度和精度可分为：多比较器快速（Flash）ADC;数字跃升式（Digital Ramp）ADC;逐次逼近ADC;管道ADC;Sigma-Delta ADC。
模数转换器的原理
模数转换器的原理
模数转换器是一种将模拟信号转换为数字信号的设备，其原
理包括采样和量化两个步骤。
采样是指按照一定的时间间隔对模拟信号进行离散化处理，
取样频率决定了数字化的精度。
在采样过程中，模数转换器将
模拟信号在每个采样点上进行测量，并将测量结果保留为数字
形式。
量化是指将采样得到的模拟信号测量结果转换为离散的数字
数值。
量化过程将模拟信号的幅值映射到一个离散的数值集合上，这个数值集合被称为量化级别。
模数转换器根据量化级别
对采样得到的模拟信号进行量化，并将其表示为相应的数字码。
模数转换器的核心是一个模数转换器（ADC）和一个数模转
换器（DAC）。
ADC将模拟信号转换为数字信号。
当输入的模拟信号进入ADC时，首先会经过一个采样保持电路，它的作用是将模拟信
号的幅值进行保持，以便之后进行采样和量化。
接下来，采样
保持电路将保持的模拟信号进行采样，并将每个采样点的幅值
转换为数字形式。
最后，ADC对采样得到的模拟信号进行量化，将其表示为数字码。
DAC则将数字信号转换为模拟信号。
DAC接收由ADC产生的数字码，并将其还原为模拟信号。
DAC首先将数字码转换为
相应的模拟电压，并经过一个重构滤波器以消除数字到模拟转
换过程中的噪声和失真。
最后，重构滤波器输出的模拟信号经
过放大器放大，得到最终的模拟输出信号。
总体而言，模数转换器通过采样和量化的过程将模拟信号转
换为数字信号，并通过数模转换器将数字信号还原为模拟信号。
这样可以实现模拟信号的数字化处理和传输。
数模转换器工作原理
数模转换器工作原理
数模转换器（DAC）是一种能够将数字信号转换为模拟信号的元
件设备。
它可以将数字信号模拟化，从而被其他设备接受和处理。
本文将讨论数模转换器的工作原理以及实际应用。
数模转换器是由一个数据缓冲器、一个抖动位置选择器和一个放大器组成的。
当数据缓冲器收到数字信号时，它将保存该信号，然后调整抖动位置选择器的位置，使得抖动位置选择器将数字信号转换为模拟信号。
然后该信号经过放大器放大，将其转换为与原始数据信号相同的模拟信号。
数模转换器主要用于数字信号处理，它可以将数字信号转换为与原始信号相同的模拟信号，并且可以用于平滑调节信号的处理。
由于数模转换器可以对信号进行平滑的连续变化，因此它可以用于数字平台上的声音信号处理和频率调制等应用场合。
外，数模转换器也可以用于实现某些模拟控制，例如可以用于控制伺服电机的速度和方向，这有利于提高伺服电机的准确性和精度。
数模转换器的工作原理非常简单，但是它的实际应用却非常广泛，可以在许多不同的领域中使用。
例如，它可以用于数字电话交换系统、数字音频处理系统、宽带控制系统、电影和视频制作系统、模拟控制系统和自动化系统等等。
此外，它还可以用于实现某些复杂的电子设备，例如信号发生器、音频放大器和激励器等。
综上所述，数模转换器是一种用来将数字信号转换为模拟信号的设备，它的原理非常简单，但在实际应用中却有着非常广泛的用途，
可以用于数字电话交换系统、数字音频处理系统、宽带控制系统等。
它可以满足不同类型的电子设备的需求，同时也为系统的控制和优化提供了可能。
模数转换电路工作原理
模数转换电路工作原理
模数转换电路将输入的模拟信号转换成数字信号。
这种数字信号是由
一系列二进制位组成的，每个二进制位只能为0或1。
数字信号的取值范
围是有限的，因此需要将模拟信号量化成离散的数值。
量化的大小由采样
精度决定，采样精度越高，转换精度就越高。
模数转换电路的主要部分是ADC（模数转换器）。
ADC将模拟信号分
为若干个等分的区间，将每个区间的电压值转换为对应的数字信号（二进
制代码）。
ADC在转换过程中需要进行采样、量化和编码，其基本原理如下：
1.采样：模数转换器从模拟信号源中采样，并将样本保持在一个保持
电容器中，以等待进一步处理。
2.量化：ADC将模拟信号的幅度与分辨率（也称为精度）进行比较，
并将幅度舍入到最近的离散级别上。
离散级别的数量是由分辨率决定的。
较高的分辨率意味着更小的步长和更高的准确度。
3.编码：ADC将得到的数字值，转换成相应的二进制代码。
ADC还需要有时钟信号来控制采样和转换的时间。
当时钟信号到来时，ADC执行采样、量化和编码等操作，将得到的数字信号输出给数字处理器
或其他数字电路。
总之，模数转换电路通过采样、量化、编码等步骤将模拟信号转换为
数字信号。
ADC是模数转换电路中最重要的部分，其采样精度决定了转换
质量。
dac数模转换器工作原理
dac数模转换器工作原理
DAC（数字模拟转换器）的工作原理主要包括两个步骤：数字信号的采样和模拟信号的重构。
在数字信号的采样阶段，DAC将输入的数字信号分解为一系列离散的采样值。
这些采样值通常是在固定的时间间隔内进行采样的。
这些采样值可以通过模数转换器（ADC）从模拟信号中获取，或者通过数字信号处理器（DSP）等设备生成。
在模拟信号的重构阶段，DAC将这些采样值转换为模拟信号。
这个过程通
常涉及到使用一种或多种模拟电路来重建原始的模拟信号。
最简单的DAC
是二进制加权电阻网络，也称为R-2R网络。
该网络由一系列电阻组成，其中每个电阻的阻值与二进制数的相应位相关联。
当输入的数字信号的某个位为1时，相应的电阻将连接到一个参考电压上，而当该位为0时，相应的电阻将连接到地。
通过这种方式，DAC可以根据输入的数字信号的每个位的
值来调整输出的模拟信号的电压。
此外，除了R-2R网络，还有其他一些常见的DAC架构，如串行接口DAC、并行接口DAC和ΔΣ（Delta-Sigma）DAC。
这些不同的架构在实现上有所不同，但基本原理是相似的：将数字信号转换为模拟信号。
总的来说，DAC的工作原理可以概括为两个主要步骤：数字信号的采样和模拟信号的重构。
通过使用不同的DAC架构，可以实现高精度、高速度和低功耗的数字到模拟信号的转换。
数模模数转换器介绍课件
通信领域
数字信号处 理：用于信 号的采集、 处理和传输
01
移动通信：用 于手机、基站 等设备的信号 转换和传输
03
02
04
通信网络： 用于网络设 备的信号转 换和传输
卫星通信：用 于卫星通信设 备的信号转换 和传输
测量与控制领域
01
工业自动化：用于生产过程的控制和监测
02
实验室仪器：用于测量和分析各种物理量
数模模数转换 器介绍课件
目录
01. 数模模数转换器概述 02. 数模模数转换器的工作原理 03. 数模模数转换器的应用领域 04. 数模模数转换器的发展趋势
1
数模模数转 换器概述
数模模数转换器的定义
数模模数转换器是一种将模拟信号转换为数 字信号的设备。
它的主要功能是将模拟信号进行采样、量化 和编码，生成数字信号。 NhomakorabeaD
转换精度和速度是数模 转换器的重要指标
数模模数转换器的结构
输入信号： 模拟信号
采样保持电路： 将模拟信号转 换为数字信号
量化器：将数 字信号转换为 二进制数字信 号
编码器：将二 进制数字信号 转换为数字信 号
输出信号： 数字信号
解码器：将数 字信号转换为 二进制数字信 号
保持器：将二 进制数字信号 转换为数字信 号
03
医疗设备：用于医疗诊断和治疗设备的数据采集和控制
04
航空航天：用于飞行器的姿态控制和导航系统
4
数模模数转换 器的发展趋势
高精度、高速度
高精度：随着技术的发展， 数模模数转换器的精度不 断提高，可以满足更高要 求的应用需求。
低功耗：随着技术的发展， 数模模数转换器的功耗不 断降低，可以满足更低功 耗的应用需求。
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本次课内容 1、ADC的转换原理； 2、ADC的主要参数。 3、模数典型芯片介绍； 4、ADC的基本应用方法。
§8.3 模数转换器（ADC）
ADC作用：将模拟量转换为数字量。 主要应用：(低速)数字万用表，电子秤等；(中速)工业 控制，实验设备等；(高速)数字通信、导弹测远等；(超高速) 数字音频、视频信号变换、气象数据分析处理。
ADC输入是模拟量，输出是数字量； ADC输出的数字量可视为输入电压(电流)与基准电压 (电流)相比所占的比例。
ADC输出与输入关系可表示如下：
Dout Ain VREF 2 n
即ADC是将输入信号Ain与其所能分辨的最小电压增量 VREF/2n相比较，得到与输入模拟量对应的倍数（取整）。
二、采样/保持电路
模拟量到数字量转换需要一 定时间，在此期间要求采样所得 的样值保持不变。这个过程需有 Vi 相应电路实现。
S(t)
-
A
Vo
+
VT
C (a) 取样保持电路
Vi S(t)
-
A
Vo
+
VT
C (a) 取样保持电路
Vi
( b) 输 输 输 输 输 输
0
t1
t2
t3
t4
t5 t
Ts
S(t)
tw
量化误差：有限位ADC产生的输出数据的等效模拟值与 实际输入模拟量之间的差值。
量化误差的大小与量化方式、量化单位、ADC编码位数、 基准电压大小有关。
常用的量化方式：舍入量化和截断量化两种方式。
例如：FSR=1V的3位ADC，其分辨率为1/8V（1LSB）。 分别采用舍入量化和截断量化两种方式，情况如下：
3位ADC 示意图
输出数字量对应一个 模拟区间
＋VCC
VREF
模拟输入 （0－8V）
A/D转换器
GND
输出
0V<000<1V 1V<001<2V 2V<010<3V 3V<011<4V 4V<100<5V 5V<101<6V 6V<110<7V 7V<111<8V
§8.3.1 ADC的基本原理
一、采样和采样定理
1.5LSB
输出
输出
111 110
1 LSB
A
111 110
A -LSB
101
2
101
100 011 010
100 011 010
001 000
0
Vin 12 345 67 1
001 000
0
Vin 12 345 67 1
88 888 88
LSB/2
输 a输 输 输 输 输 输 输
FSR
88 888 88 FSR
即n位数字量
3位并行比较型ADC的转换真值表
Vin
0≤Vin＜1V 1V≤Vin＜2V 2V≤Vin＜3V 3V≤Vin＜4V 4V≤Vin＜5V 5V≤Vin＜6V 6V≤Vin＜7V 7V≤Vin＜8V
I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0
1111111 0111111 0011111 0001111 0000111 0000011 0000001 0000000
Ts - tw
三、量化和编码
模拟信号经S/H得到的取样值仍属模拟范畴，需经量化 （将取样值表示为最小数量单位的整数倍）处理，才能转换为 时间上和数值上都为离散的数字信号。
最小数量单位称量化单位(1△=1LSB)。 编码：将量化结果用数字代码表示出来。常见有自然二进 制编码、二进制补码编码。
因取样值为输入信号某些时刻的瞬时值，它们不可能都正 好是量化单位的整数倍，即在量化时不可避免地会引入量化误 差(ε)。
Dn-1
逐次逼近 寄存器
SAR
时钟
输出 寄存器
VR D0
Dn-1
开始前清零!
即完成一次转换需n+1个时钟周期。
首先，置DN-1＝“1”，若VP =“H”，则保留DN-1=“1”；否
则，DN-1=“0”。
然后，置DN-2＝“1”，若VP =“H”，则保留DN-2=“1”；否
则，DN-2=“0”。 …… D0位确定，转换结束。
输 b输 输 输 输 输 输 输
输 7.2.3 3输 ADC输 输 输 输 输 输
对应的输入范围
对应的输入范围
数 字 值 LSB LSB 2
数 字 值 LSB ~ 数 字 值 1 LSB
量化值
输出001H
最大 误差
舍入量化
量化区间中点
量化点误差为0 Vi=1/8V
1/16<Vi<3/16(V)
ADC周期性地将输入模拟值转换成与其大小对应的数字量， 该过程称为采样。
采样是否会造成丢失某些信息？
时域采样定理：一个频带有限的信号f(t)，如果其频谱在区 间(－ωm,ωm)以外为零，则它可以唯一的由其在均匀间隔 Ts(Ts<1/2fm)上的样点值f(nTs)确定。
即只要采样脉冲频率fs大于或等于输入信号中最高频率fm的 两倍（fs ≥2fm），则采样后的输出信号就能够不失真地恢复出 模拟信号。
优点：技术成熟，精度较高、速度较快。 不足：对Vi中噪声敏感，输入端需用S/H电路（ADC转换 期间Vi要恒定）。
100kHz 时钟
START BUSY
D7 D6 D5
D4 D3 D2 D1 D0
DAC Vout
10
9
8
7
6
5
5.0000
4
3
2
1 0 0.00
开始转换 数据准备好，停止转换,SAR清零 1 0 1 0 1 1 1 0 输输输输输输
1/8－1/16; 1/8－3/16
±LSB/2
截断量化
量化区间末端
量化点误差为0 Vi=1/8V
1/8<Vi<2/8(V)
1/8－2/8 －1LSB
Vi VR
R
R
2n
R
§8.3.2 ADC的基本原理
一、并行（闪速） ADC
(2n－1)个
输输输
_
编
_
码
电
路
_
输输输输
Dn-1
锁 存 器
D0
可有输2n7种.2.2输 输 输 ADC输 输 输 输 输 比较结果
Y2 Y1 Y0
000 001 010 011 100 101 110 111
优点：转换快（仅一个时钟周期）。
量化值
0V 1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V
不足：n较大时，比较器、分压电阻数量太大，难以保 证其准确性及一致性。
二、逐次逼近式ADC
Vf Vi
Next
比较器
_
Vp
比较
DAC
D0
τC<<tw，故Vs的变化与Vi 同步。
0
Vs
( c) 输 输 输 输
t
Vi 3 S(t) 8
V+ VRP
LF198
VB 2
1
4
0
-
A
+1
30k
S Vo
-
A
+2
5 Vo
Vo
300
L
0
LF198
取样时间
t1
7
6
C
tw
t
( d) 输 输 输 输
t2
t3
t4
t5
t
保持时间
( e) 输 输 输 输 输 输