ADI模数转换器原理
数模转换器工作原理
数模转换器工作原理
数模转换器（Digital-to-Analog Converter，DAC）是一种将数字信号转换成模拟信号的电子设备。
它将离散的数字信号转换为连续的模拟信号，通常用于将数字信号转换为模拟信号后驱动各种模拟设备，如扬声器、电机等。
数模转换器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 采样：数字信号是由一系列离散的采样值组成的。
数模转换器首先接收到这些采样值作为输入。
通常情况下，采样值是经过模数转换器（ADC）转换而来的。
2. 量化：数模转换器将接收到的每个采样值进行量化。
量化是将连续的采样值映射到离散的数值表示。
通常情况下，量化会使用固定的位数，将采样值映射到对应的二进制数值。
3. 数字数据处理：量化后的数字数据进一步进行处理，如增益调整、数字滤波等。
这些处理步骤可以根据具体应用需求来设计。
4. 数模转换：经过上述处理后的数字数据被送入数模转换器电路中。
数模转换器电路根据数字数据的大小，控制对应的模拟电压或电流输出。
数模转换器电路通常由电阻网络、模拟开关等组成，可以通过开关打开或关闭不同的电路路径，来控制输出的模拟电压或电流值。
5. 输出滤波：数模转换器输出的模拟信号经过滤波电路进行平
滑处理，根据需要去除高频噪声或者其他不需要的频谱成分，从而得到最终的模拟信号。
总的来说，数模转换器通过将离散的数字信号转换为连续的模拟信号，实现了数字与模拟信号之间的转换。
它在各种电子设备中起到了至关重要的作用，如音频设备、通信设备、控制系统等。
DeltaSigma模数转换器(ADC_DelSig)
DeltaSigma模数转换器（ADC_DelSig）简介DeltaSigma模数转换器，又称为ADC_DelSig（Analog-to-Digital Converter Delta-Sigma），是一种高精度的模数转换器。
它采用了DeltaSigma调制技术，通过高速采样和数字滤波来实现高分辨率和低噪声的模数转换。
工作原理DeltaSigma模数转换器的工作原理基于DeltaSigma调制技术。
其核心思想是将输入信号与一个高频的比较器相比较，并将比较器的输出结果经过滤波器处理后转换成数字信号。
具体来说，DeltaSigma模数转换器包括一个模数转换器和一个数字滤波器。
1.比较器：比较器将输入信号与参考电压进行比较，并输出一个高频PWM（脉宽调制）信号。
比较器的输出频率远高于所需的转换速率，通常在MHz级别。
2.数字滤波器：PWM信号经过数字滤波器，滤波器根据PWM信号的占空比来判断输入信号的大小。
滤波器输出的数字信号经过采样并进行数字编码，就得到了转换后的数字输出。
优点和应用DeltaSigma模数转换器具有很多优点，主要包括以下几个方面：1.高分辨率：DeltaSigma模数转换器具有非常高的分辨率，通常可以达到16位以上，甚至更高。
这使得它在需要高精度数据转换的应用中非常有用，如音频处理、医疗设备和测量仪器等。
2.低噪声：DeltaSigma模数转换器通过在输入端引入噪声抑制电路和高速数字滤波器，可以有效降低系统的噪声水平。
这使得它在对信号质量要求较高的应用中具有优势，如音频信号处理和高速数据采集等。
3.较低的成本：DeltaSigma模数转换器通常采用CMOS工艺制造，因此成本相对较低。
这使得它在大规模集成电路中应用广泛，并且具有较高的性价比。
DeltaSigma模数转换器广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：•音频信号处理：DeltaSigma模数转换器在音频设备中被广泛应用，如音频采样、音频编码和数字音频处理等。
串口通信电压转换原理
串口通信电压转换原理串口通信电压转换原理是将计算机数字信号与外部设备或传感器的模拟信号进行互相转换的过程。
在串口通信中，计算机产生的数字信号通常为5V的高电平和0V的低电平，而外部设备或传感器产生的模拟信号通常是在0V到5V之间的连续变化电压。
为了实现数字信号与模拟信号之间的转换，需要使用电压转换器。
电压转换器的工作原理是通过运用一定的电学原理将信号进行适当的变换。
常见的电压转换器有模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）两种。
1. 模数转换器（ADC）：模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
当外部设备或传感器的模拟信号进入模数转换器时，首先经过采样保持电路对信号进行采样，然后经过模拟电压与数字比较器进行比较，得到一个二进制数值。
该数值经过编码器编码后输出给计算机进行处理。
常用的ADC类型有逐次逼近型（SAR）和单片式（Flash）。
2.数模转换器（DAC）：数模转换器将数字信号转换为模拟信号。
当计算机产生的数字信号需要输出给外部设备或传感器时，经过编码后的二进制信号经过解码器解码得到对应的模拟电压值，再经过输出放大器放大，最终输出给外部设备或传感器。
在串口通信中，通常使用TTL电平和RS232电平进行转换。
TTL电平是计算机常用的数字信号电平，其高电平一般为5V，低电平为0V。
而RS232电平则是用于串口通信的标准电平，其高电平为-3V至-15V，低电平为+3V至+15V。
因此，在使用串口进行通信时，需要使用TTL转RS232电平转换器将计算机的数字信号转换为RS232电平，以适应外部设备或传感器的电平要求。
TTL转RS232电平转换器通常采用MAX232芯片或类似的芯片实现。
该芯片接受TTL电平输入，并根据其特定的电路设计进行电平转换。
当输入的TTL电平为高电平时，芯片会输出相应的负电平；当输入的TTL电平为低电平时，芯片会输出相应的正电平。
通过使用MAX232芯片或类似的芯片，使得计算机与外部设备或传感器之间能够实现正常的串口通信。
几款模数转换器芯片电路原理
模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
本文介绍几款模数转换器芯片电路原理。
1、AD9280AD9280器件是一款单芯片、8位、32 MSPS模数转换器（ADC），主要介绍了AD9280特性、应用范围、参考设计电路以及电路分析，帮助大家缩短设计时间。
AD9280介绍：AD9280是一款单芯片、8位、32 MSPS模数转换器（ADC），采用单电源供电，内置一个片内采样保持放大器和基准电压源。
它采用多级差分流水线架构，数据速率达32 MSPS，在整个工作温度范围内保证无失码。
AD9280特点：与AD876-8引脚兼容功耗：95 mW（3 V电源）工作电压范围：+2.7V至+5.5V微分非线性（DNL）误差：0.2 LSB省电（休眠）模式AD9280内部结构框图：图1 AD9280的内部结构框图，展示了内部的构成AD9280参考设计电路：图2 AD9280典型应用电路2、AD7541AD7541器件是一款低成本、高性能12位单芯片乘法数模转换器，主要介绍了AD7541特性、应用范围、参考设计电路以及电路分析，帮助大家缩短设计时间。
AD7541介绍：AD7541A是一款低成本、高性能12位单芯片乘法数模转换器。
该器件采用先进的低噪声薄膜CMOS技术制造，并提供标准18引脚DIP和20引脚表贴两种封装。
AD7541A与业界标准器件AD7541在功能和引脚上均相兼容，并且规格和性能都有所改进。
此外，器件设计得到改进，可确保不会发生闩锁，因此无需输出保护肖特基二极管。
AD7541特点：AD7541的改进版本完整的四象限乘法12位线性度（端点）所有器件均保证单调性TTL/CMOS 兼容型低成本无需保护肖特基二极管低逻辑输入泄漏AD7541内部结构框图：图3 AD7541的内部结构框图，展示了内部的构成AD7541参考设计电路：图4 AD7541典型应用电路3、AD7694AD7694器件是一款3通道、低噪声、低功耗、24位Σ-Δ型ADC，内置片内仪表放大器，主要介绍了AD7694特性、应用范围、参考设计电路以及电路分析，帮助大家缩短设计时间。
adc模数转换器原理
adc模数转换器原理模数转换器（ADC）是一种非常重要的电子电路，它可以将模拟信号转换为数字信号，以便电路中的微处理器可以对其进行处理。
随着科技的发展，ADC的性能也在不断提高，可以提供更多功能和性能，以满足不断变化的需求。
本文将重点介绍ADC的工作原理，以及其在现有技术中的应用。
ADC的基本原理是将模拟信号（如模拟电压或电流）转换成数字信号，然后通过串行数据总线将其传送到微处理器其他部分。
ADC的类型主要分为抽样-持续转换（SAR）和按位逐次抽样（S&S）两种，其中SAR类型ADC更加常用。
SAR类型ADC的工作原理主要是将电路中的输入信号反复地采样，并使用内部电压参考或外部电压参考进行比较，以确定最终输出值。
采样率和参考电压是控制转换精度的关键因素，采样率越高，参考电压越精准，最终转换的精度就越高。
此外，随着科技的发展，ADC的性能也在不断提高。
近年来，ADC 技术可以实现多种性能，如低功耗、高动态范围、高采样率和高精度等功能。
通过不断的技术进步，ADC已经可以用于传感器、医疗影像、音频应用、声纳应用、无线通信和军事应用等多个领域。
最后，ADC技术也取得了很大的发展，能够为上述应用提供更优质的服务。
例如，最新的ADC技术可以实现低功耗、高转换速率和极高的精度，以满足当今快速变化的应用需求。
综上所述，ADC模数转换器是一种关键电路，它可以将模拟信号转换为数字信号，以便电路中的微处理器可以对其进行处理。
它的原理是采样-持续转换，依靠内部或外部参考电压进行比较，以确定最终输出值，并可用于多种应用场合，比如传感器、音频应用等。
由于技术的不断进步，ADC可以实现低功耗、高转换速率和极高的精度，以满足现有应用的需求。
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。
ADI高速多通道模数转换器节省系统电路板空间
于通 用 照 明市场 。 而 L E D 在通 用 照 明市场 的应用 涉
及 多方 面 的要 求 ， 需要 从 系统 的角度去 考虑 ， 如光
源
、
电源转换
L
、
E
D
控制和驱动 、散热和光学等。
本
文 以 L E D 驱 动为重点 ，分析 了通 用照 明市场 中 L E D
驱 动面 临的挑 战 ， 并结合安森美半导 体的高性 能
小 。 这器件采用节省空 间的小型 封装 ， 设计用 于
1 W LE D ( 额定 电流为 3 5 0 m A @ 3 V ) ，如果散热处
理 恰 当 ，也 支持大于 1 A 电流 的操作 。
5 总结
相 较 于 白炽 灯 等传 统 光 源
LED
，
ห้องสมุดไป่ตู้
具有能效高 、
寿命长 、 指 向性 好 等众 多优势 ，越 来越受业 界 青 睐用
h t t p ：／／w w
w
c ic m
．
a g c． o m
雹田
! ：垫笙 ! ! ! 塑 1 8 7
关 的 应 用 ( 如 头 灯 、 灯 塔 桥 、 梁 、 飞 行 器 、 飞 机 跑 道
等 ) ， 或是在地 理 上 难于 接近 的应用 ( 维护 困难 )
等。
在 这 方 面 可 ， 以 采 用 安 森 美 半 导 体 的 N U D 4 7 0 0
L E D 分流保护解决方案 。 图 7 是这种分流保护解决
■ ■ ● ■ ●一
图 7 安 森 美 半 导 体 UCD4 7 0 0 L E D 开路分流保 护器 的应用示 意图
L E D 驱 动解决方案 ，探讨 了不 同的 L E D 驱 动应用示 例 ， 如通 过 交 流 隔离 电源 为 L E D 供 电和通 过 宽输入 范 围 D C — D C 电源 为 L E D 供 电 等 ；最 后 ， 还 介 绍 了能 够用 于 需要 高可 靠性 和持续性 的 L E D 应 用 中的安 森美半导体 L E D 分流保护解决方案 。 四
模数转换器
A/D转换器模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。
而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。
转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。
A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。
在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。
一般来说，AD比DA贵，尤其是高速的AD，因为在某些特殊场合，如导弹的摄像头部分要求有高速的转换能力。
一般那样AD要上千美元。
还有通过AD的并联可以提高AD的转换效率，多个AD同时处理数据，能满足处理器的数字信号需求了。
模数转换过程包括量化和编码。
量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。
编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。
最普通的码制是二进制，它有2n个量级（n为位数）,可依次逐个编号。
模数转换的方法很多，从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。
直接法是直接将电压转换成数字量。
它用数模网络输出的一套基准电压，从高位起逐位与被测电压反复比较，直到二者达到或接近平衡（见图）。
控制逻辑能实现对分搜索的控制，其比较方法如同天平称重。
先使二进位制数的最高位Dn-1＝1，经数模转换后得到一个整个量程一半的模拟电压VS，与输入电压Vin 相比较，若V in>VS,则保留这一位；若V in<V in，则Dn-1＝0。
然后使下一位Dn-2＝1,与上一次的结果一起经数模转换后与V in相比较,重复这一过程，直到使D0＝1，再与V in相比较,由V in>VS还是V in<V来决定是否保留这一位。
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10
理想3位DAC和ADC的传递函数
DAC
FS
111 110
ADC
ANALOG OUTPUT
DIGITAL OUTPUT
101 100 011
QUANTIZATION UNCERTAINTY
010 001 000 000 001 010 011 100 101 110 111
全球领先的高性能信号处理解决方案供应商
信号处理应用半导体设计基础 模数转换器
模拟转电子信号处理
传感器 （输入）
放大器
转换器
数字处理器
执行器 （输出）
放大器
转换器
2
模拟转电子信号处理
传感器 （输入）
放大器
模数转换器
数字处理器
执行器 （输出）
放大器
数模转换器
3
概述
ADC背景知识 用于测量系统的ADC和误差 ADC类型 用于动态系统的数据转换器和误差 准备和提供模拟信号给ADC输入端
4
模拟域和数字域 为什么要转换为数字信号？
模拟信号是连续的，提供完整信号 数字信号仅捕捉整个信号的一部分 为什么要数字化？
提高信号分析能力 更鲁棒的存储方式 更精确的传输
数据采样系统的开发目标就是尽量降低采样过程的影响
5
采用外部基准电压的基本ADC
采样 时钟 VDD VREF
N
2N dv q 2 f cos (2 f t ) dt = 2 dv dt max
(N–1) 2 f = q2
fs = 100 kSPS
举例：
dv dt max fmax = 2(N–1) 2 q dv dt max fmax =
12
非理想3位DAC和ADC的传递函数
DAC
FS
111 110
ADC
ANALOG OUTPUT
DIGITAL OUTPUT
NON-MONOTONIC
101 100 011 010 001 000 MISSING CODE
000
001
010
011
100
101
110
111
ANALOG INPUT
FS
DIGITAL INPUT
差分放大器
差分或单端输入转差分输出 低阻抗输出级抑制ADC切换尖峰 共模电平和增益设置支持实现与ADC范围的最佳匹配
采样ADC输入
使用简单的多路复用方法来降低成本和复杂度 使用同步采样在同一时刻采集多个信号
31
ADC驱动器
ADA4932差分输出驱动 16位10MSPS AD7626 ADC的差分输入
ADC OUTPUT CODE
ADC INPUT
ADC INPUT
ADC INPUT
25
理想ADC采样 3种不同频率，采样结果相同
26
理想ADC采样 一旦采样，信息就会丢失
27
奈奎斯特准则
最高频率为fa的信号必须以fs > 2fa 的速率采样，否则关于该信号的信息 将会因为混叠而丢失。
只要fs < 2fa ，就会发生混叠
模拟 输入
ADC
数字 输出
通信结束、数据就绪等 VSS
地 （可能内部连接到VSS）
6
数据采样系统： 采样和量化
fs fa LPF 或 BPF 幅度 量化 fs LPF 或 BPF
N位 ADC
DSP
N位 DAC
离散 时间采样 fa
ts= f s
t
1
7
单极性二进制代码（4位转换器）
BASE 10 NUMBER +15 +14 +13 +12 +11 +10 +9 +8 +7 +6 +5 +4 +3 +2 +1 0 SCALE +FS – 1 LSB = 15/16 FS +7/8 FS +13/16 FS +3/4 FS +11/16 FS +5/16 FS +9/16 FS +1/2 FS +7/16 FS +3/8 FS +5/16 FS +1/4 FS +3/16 FS +1/8 FS 1 LSB = +1/16 FS 0 +10 V FS 9.375 8.750 8.125 7.500 6.875 6.250 5.625 5.000 4.375 3.750 3.125 2.500 1.875 1.250 0.625 0.000 BINARY 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
*600nV is the Johnson Noise in a 10kHz BW of a 2.2k Resistor @ 25°C Remember: 10-bits and 10V FS yields an LSB of 10mV, 1000ppm, or 0.1%. All other values may be calculated by powers of 2.
积分器
时钟 Kfs
A + _
锁存 比较器 （1位ADC） 数字 滤波器 和 抽取器
fs N位
VIN
+
_
fs
B
+VREF
1位、 Kfs
1位 DAC Σ-Δ调制器
21
1位数据 流 –VREF
数据转换器的主要误差
动态系统
SINAD（信纳比）： 信号幅度均方根值与包括谐波但直流除外的所有其它频谱成分的方 和根(RSS)平均值之比。 ENOB（有效位数）： SINAD - 1.76dB
8
量化： 最低有效位(LSB)的大小
RESOLUTION N 2-bit 4-bit 6-bit 8-bit 10-bit 12-bit 14-bit 16-bit 18-bit 20-bit 22-bit 24-bit 2N 4 16 64 256 1,024 4,096 16,384 65,536 262,144 1,048,576 4,194,304 16,777,216 VOLTAGE (10V FS) 2.5 V 625 mV 156 mV 39.1 mV 9.77 mV (10 mV) 2.44 mV 610 V 153 V 38 V 9.54 V (10 V) 2.38 V 596 nV* ppm FS 250,000 62,500 15,625 3,906 977 244 61 15 4 1 0.24 0.06 % FS 25 6.25 1.56 0.39 0.098 0.024 0.0061 0.0015 0.0004 0.0001 0.000024 0.000006 dB FS – 12 – 24 – 36 – 48 – 60 – 72 – 84 – 96 – 108 – 120 – 132 – 144
量化与量化噪声
111 110 101
数字输出
100 011 010 001
1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 FS
归一化模拟输入
量化误差函数
量化噪声误差： 均方根值为LSB/3.464
24
码转换噪声与DNL的组合效应
CODE TRANSITION NOISE
DNL
TRANSITION NOISE AND DNL
13
采用外部基准电压的基本ADC
采样 时钟 VDD VREF
模拟 输入ຫໍສະໝຸດ ADC数字 输出通信结束、数据就绪等 VSS
地 （可能内部连接到VSS）
14
比较器： 1位ADC
锁存 使能 + 差分 模拟输入 – 比较器 输出 逻辑 输出
"1"
VHYSTERESIS
"0"
0 差分模拟输入
15
基本逐次逼近型ADC （反馈减损型ADC）
9
数据转换器的实际分辨率需求
仪器仪表测量
传感器分辨率/精度0.5%
= 1/200 8位相当于1/256 -- 数字化会丢失信息 10倍传感器分辨率 = 1/2000 -- 12位相当于1/4096 能够辨别很小的变化 也可以由显示要求决定
动态信号测量
在5%的满量程，音频系统需要优于0.1%的失真 相当于1/20,000
17
是 是 否 是
保留 8 保留 4 抛弃 2 保留 1
1 1 0 1
X = 32 + 8 + 4 + 1 = 4510
=
1011012
双斜率积分ADC
模拟 输入 VIN
–VREF R – + C
定时器和 控制 数字 输出 振荡器 计数器 CK R
18
双斜率ADC 积分器输出波形
斜率 = VIN RC 斜率 = VREF RC （恒定斜率）
fa
B
Kfs - f a
DR
fs 2 阻带衰减 = DR 过渡带： fa 至 fs - fa 转折频率： fa
fs
Kfs 2 阻带衰减 = DR 过渡带： fa 至 Kfs - fa 转折频率： fa
Kfs
30
连接ADC的输入
驱动ADC输入
ADC切换将瞬变反馈到输入引脚 ADC驱动放大器必须抑制瞬变以提供精确的信号
–FB
2.4MHz BPF
2
+IN