模数和数模转换器
第8章数模转换器与模数转换器
R ∞
O1 O2
－
＋
uo
I /1 6
2R 2R
I /8
2R
I/4
2R
I/2
2R
I= V REF / R
R
A B
R
C
R
D
I/8
I/4
I/2
I
－VREF
1. 倒T形电阻网络DAC
（1）电阻译码网络
电阻译码网络由R及2R两种电阻接成倒T形构成。由于网络两个输出端O1，O2都处 于零电位（O1点为虚地），所以从A、B、C任一节点向左看等效电阻都是2R， 如图（b）所示，因此，基准源电流I为
数据总线 d0～d7 (CS1)① (CS2)② 数据1锁存到①输入锁存器 (WR1)① 数据1输入①输入锁存器 (WR1)② 数据2输入②输入锁存器 WR2(XFER) ILE＝1 D/A寄存器锁存 数据2锁存到②输入锁存器
刷新模拟输出
8.1 DAC
8.1.3 1.
DAC的主要参数
第8章 数模转换器与模数转换器
ADC与DAC在工业控制系统中的作用举例。
非电模拟量
传感器
模拟信号
ADC
数字信号
数字系统
数字信号
DAC
模拟信号
执行机构
8.1 DAC
8.1.1 D/A转换基本原理
数字量是用代码按数位组合起来表示的，每一位代码都有一定的 权值。例如，二进制数1010，第四位代码权是23，代码“1”表 示数值为“8”；第三位代码权是22 ，代码“0”表示这一位没有 数；第二位代码权是21 ，代码“1”表示数值为“2”；第一位代 码权是20，代码“0”表示这一位没有数，这样1010所代表的十 进制数是8×1＋4×0＋2×1＋1×0＝10。可见，数模转换只 要将数字量的每一位代码，按其权数值转换成相应的模拟量， 然后将各位模拟量相加，即得与数字量成正比的模拟量。
模数与数模转换器
10.2 A/D转换器
A/D转换的一般工作过程
2. 量化与编码 量化
数字信号在数值上是离散的。将采样–保持电路的输出 电压按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上的过程。
量化单位 量化过程中所取最小数量单位。量化单位用表示。它
是数字信号最低位为1时所对应的模拟量用 表示，即 1 LSB。
15
10.1 D/A转换器
D/A转换器的主要技术指标
1. 分辨率:
分辨率：其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等 级数。n 位DAC最多有2n个模拟输出电压。位数越多D/A转 换器的分辨率越高。
分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比
给出。n 位D/A转换器的分辨率可表示为
1 2n 1
R
5 VREF 8
R
4 VREF 8
R
3 VREF 8
R
2 VREF 8
R
1 VREF 8
R
D2 D1 D0
Y7
Y6
3
Y5 线
|
Y4 8
线
Y3 译
码
Y2 器
Y1
Y0
–
vO
+ 缓冲器
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2.集成电阻串联分压式D/A转换器
DAC121S101是CMOS12位D/A转换器
等值电阻 串联分压网络
(4096 个)
通常建立时间在100 ns ~几十s之间，有的厂家给出的高 速D/A指标可达1 ns一下，一般100ns就算转换速度比较快了。
17
10.1 D/A转换器
集成D/A转换器的应用
(2) 脉冲波产生电路
10V
VREF
AD7533
模数和数模转换器（ADC和DAC）工作原理
模数和数模转换器（ADC和DAC）工作原理为了能够使用数字电路处理模拟信号,必须把模拟信号转化成相应的数字信号,方能送入数字系统进行处理.同时也要把处理后得到的数字信号在转换成相应的模拟信号,作为最后的输出.我们把前一种从模拟信号到数字信号的转换叫做模-数转换,或简称A/D;把后一种从数字信号到模拟信号的转换叫做数-模转换,或简称D/A.同时把A/D或D/A 转换的电路叫做模数转换器(简称ADC)或数模转换器(简称DAC)主要分成以下几个部分：1、取样：取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号，转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。
2、保持：模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲。
采样脉冲宽度一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。
因此，在取样电路之后须加保持电路。
3、量化：将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过程称为量化。
4、编码：把量化的结果用代码表示出来，称为编码。
这些代码就是A/D转换的输出结果。
模拟信号数字化需要注意两个问题：①每秒钟需要采集多少个信号样本，也就是采样频率(fs)是多少，②每个信号样本的比特数b/s(bit per sample)应该是多少，也就是量化精度。
根据奈奎斯特理论（Nyquist theory），采样频率的高低是由模拟信号本身的最高频率决定的。
奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于模拟信号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的信号还原成原来的信号，这叫做无损数字化（lossless digitization）。
采样定律用公式表示为fs ≥ 2f或者T s ≤ T/2其中f为被采样信号的最高频率，T为被采样信号的最低周期，fs 称为采样频率，Ts为采样间隔。
如下图，图中的正弦曲线代表原始音频曲线；填了颜色的方格代表采样后得到的结果，二者越吻合说明采样结果越好。
ADC及DAC的名词解释
ADC及DAC的名词解释在现代科技发展的浪潮中，ADC和DAC这两个名词经常出现在我们的视野中。
它们分别代表着模数转换器（Analog-to-Digital Converter）和数模转换器（Digital-to-Analog Converter）。
今天，让我们一起来深入了解这两个名词的含义和应用。
一、ADC的名词解释ADC，全称为模数转换器，是一种将模拟信号转换为数字信号的设备。
模拟信号是连续变化的信号，而数字信号是离散的、通过二进制代码表示的信号。
ADC的主要功能就是将采样的模拟信号转换为数字信号，使得计算机或其他数字设备能够处理和分析这些信号。
ADC的工作原理可以简单描述如下：首先，ADC对输入的模拟信号进行采样，即在一段时间内对信号进行周期性的测量。
接着，对每个采样值进行量化，将其转换为数字形式。
最后，经过编码和处理，数字信号被发送到计算机或其他设备进行处理和分析。
ADC广泛应用于各个领域。
在音频设备中，ADC将声音信号转换为数字信号，使得我们能够通过电脑、手机等设备收听和录制音频。
在医疗仪器中，ADC将生物电信号转换为数字信号，帮助医生进行诊断和治疗。
在工业控制系统中，ADC用于采集各种传感器产生的模拟信号，实现自动控制和监测。
二、DAC的名词解释DAC，全称为数模转换器，是一种将数字信号转换为模拟信号的设备。
与ADC相反，DAC的主要功能是将计算机或其他数字设备产生的数字信号转换为可以用于驱动音频、视频等模拟设备的模拟信号。
DAC的工作原理可以简单描述如下：首先，DAC接收到来自计算机或其他数字设备产生的数字信号。
然后，通过解码和处理，将这些数字信号转换为模拟信号。
最后，模拟信号被放大，以便能够驱动扬声器、显示器等设备。
DAC的应用范围也非常广泛。
在音频设备中，DAC将数字音频信号转换为模拟音频信号，使我们能够欣赏到高质量的音乐。
在视频设备中，DAC将数字视频信号转换为模拟视频信号，实现高清影像的播放。
ADC和DAC有什么区别？
ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）是数字信号处理中常见的两种转换器，它们的主要区别如下：
1. 功能：ADC将连续的模拟信号转换为对应的数字表示，将模拟信号的电压、电流等连续变化转换为离散的数字编码。
而DAC则将数字信号转换为相应的模拟信号，将离散的数字编码转换为相应的模拟电压或电流。
2. 方向：ADC是模拟到数字的转换器，将模拟信号转换为数字数据；而DAC是数字到模拟的转换器，将数字数据转换为模拟信号。
3. 输入/输出：ADC的输入是模拟信号，通常是电压或电流等连续变化的信号；而输出是对应的数字编码。
DAC的输入是数字数据，通常是离散的二进制编码；而输出是相应的模拟信号，如电压或电流。
4. 应用领域：ADC广泛应用于从模拟传感器（如温度传感器、光传感器等）获取数据、音频信号处理、数字通信等领域。
DAC主要用于音频信号合成、数字音频处理、图像生成等领域。
5. 分辨率：ADC和DAC的性能指标包括分辨率，即数值表示的精确度。
ADC的分辨率表示数字输出的位数，通常以比特（bit）表示；而DAC的分辨率表示数字输入的位数，也通常以比特表示。
总的来说，ADC和DAC是互为逆过程的转换器，一个将模拟信号转换为数字信号，另一个将数字信号转换为模拟信号。
它们在信号处理和通信领域中发挥着重要的作用，并且经常一起应用于将模拟信号转换为数字形式、经过数字处理后再转换回模拟信号的过程中。
如何设计简单的模数转换器和数模转换器电路
如何设计简单的模数转换器和数模转换器电路在电子领域中，模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）是常见的电路设备，它们可以将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号。
本文将介绍如何设计一种简单但有效的模数转换器和数模转换器电路。
一、模数转换器（ADC）电路设计：ADC的作用是将模拟信号转换为数字信号。
以下是一个简单的ADC电路设计方案：1. 采样电路：ADC的第一阶段是采样，即对模拟信号进行定期的采样。
可以使用开关电容电路或样保持电路来实现这一功能。
这些电路可以将输入信号保持在一个电容中，然后在固定的采样时间内读取电容电压。
2. 量化电路：采样之后，接下来需要将模拟信号量化为数字信号。
使用比较器和计数器可以实现这一过程。
比较器将采样信号与一个参考电压进行比较，并产生高低电平的输出信号。
计数器用于计算比较器输出信号的个数，并将其转换为数字表示。
3. 数字处理电路：ADC的最后一步是数字处理，即将量化后的数字信号进行处理和滤波。
这个过程可以使用微处理器或数字信号处理器（DSP）来完成。
数字处理电路可以对信号进行滤波、平滑和放大等操作，以提高最终输出结果的质量。
二、数模转换器（DAC）电路设计：DAC的作用是将数字信号转换为模拟信号。
以下是一个简单的DAC电路设计方案：1. 数字信号处理：DAC的第一步是对数字信号进行处理。
这可以通过计算机、FPGA或其他数字处理设备来完成。
在这一步中，将数字信号转换为对应的数值表示。
2. 数字到模拟转换：将处理后的数字信号转换为模拟信号的常用方法是使用数字锯齿波发生器。
数字锯齿波发生器通过逐步增加或减小电压的值来产生连续的模拟输出信号。
可以使用操作放大器和运算放大器来实现这个功能。
3. 输出放大和滤波：模拟信号产生后，可能需要通过放大器进行放大以适应实际应用场景。
此外，还可以使用滤波器来去除模拟信号中的噪声和杂散成分，以提高输出信号的质量和稳定性。
总结：通过以上简单的电路设计方案，我们可以实现基本的模数转换器和数模转换器。
第九章数模和模数转换器
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42
应数字量的权重成正比。
-RF + uO
若Di=0，Si接地， Ii不能加到运放输入端
若Di=1，Si将对应的恒流
源加到运放输入端
-VREF
Ii
I 16
Di 2i
i
Ii
I 16
(23
D3
22 D2
21 D1
20 D0 )
uO
i RF
IR F 24
(23 D3
22 D2
21 D1
分辨率 Vomin Vo max
1 2n 1
2、转换误差
转换误差－－指输出模拟电压的实际值与理想值之差的最大值。
（1）造成转换误差的主要原因 ：
参考电压 VREF的波动 －－比例系数误差 运算放大器的零点漂移 －－失调误差
模拟开关的导通内阻和导通电压 电阻网络中的电阻值偏差等
－－非线性误差
（2）转换误差的表示方法 ：
(接运放的同相端)
Rfb 反馈电阻引出端
AGND 模拟地
VCC 电源(5~15V)
DGND 数字地
它由一个8位输入寄存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器 三大部分组成，D/A转换器采用了倒T型电阻解码网络。
2.DAC0832使用说明
当ILE、CS和WR1同时有效时，输入数据DI7～DI0进入输 入 寄 存 器 ； 并 在 WR1 的 上 升 沿 实 现 数 据 锁 存 。 当 WR2 和 XFER同时有效时，输入寄存器的数据进入DAC寄存器；并 在WR2的 上升沿 实 现数据 锁 存 。八 位 D/A转换 电 路随时将 DAC寄存器的数据转换为模拟信号（IOUT1+IOUT2）输出。
什么是电路中的数模转换和模数转换
什么是电路中的数模转换和模数转换电路中的数模转换和模数转换是指将数字信号和模拟信号互相转换的过程。
在现代电子设备和通信系统中，这两种转换方式起着至关重要的作用。
1. 数模转换：数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在数字电路中，所有信息都以二进制形式表示，通过数模转换可以将数字信号转换为模拟电压、电流或其他模拟形式的信号。
常见的数模转换器是数字到模拟转换器（DAC），它将数字信号转换为模拟信号的输出。
数模转换器通常由一个数字输入和一个模拟输出组成。
数模转换器的输入可以是数字编码、数字信号或数字数据，输出信号则是连续的模拟波形。
在数模转换的过程中，数字信号经过采样和量化，然后根据一定的规则转换为相应的模拟信号。
数模转换在诸多应用中发挥着重要的作用，如音频和视频处理、通信系统中的调制解调器等。
通过数模转换，数字信号能够在模拟电路中进行处理和传输，实现数字与模拟信号之间的无缝衔接。
2. 模数转换：模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
在大部分现代电子设备中，数字信号更易于处理和存储，因此需要将模拟信号转换为数字信号以进行后续处理。
模数转换器（ADC）是常见的模数转换设备，它将模拟信号转换为离散的数字化信号。
模数转换器通常包含一个模拟输入和一个数字输出。
在模数转换的过程中，连续的模拟波形被分段采样，然后经过量化，最终转换为离散的数字信号。
适当的采样频率和精度可以确保模拟信号在数字化后能够保持较高的还原度。
模数转换在许多领域中被广泛使用，如音频和视频编码、传感器信号处理、通信系统中的调制解调器等。
通过模数转换，模拟信号可以被数字电路准确地表示和处理，实现了数字系统对模拟信号的感知和操作。
总结：数模转换和模数转换是电路中常见的信号转换方式，它们相互补充，使得数字和模拟信号能够在电子设备和通信系统中相互转换。
数模转换将数字信号转换为模拟信号，模数转换则将模拟信号转换为数字信号。
这两种转换方式的应用广泛，并在现代电子技术中扮演着重要的角色。
数模转换器和模数转换器
vO
1
0t vI dt
Qn (a)
o
vs 1
( b) o
vo
(c) o
vc
( d)
o
vG
(e) o
T1
1
T1
t1
+ vI
T2
t2
t
t VR EF
t
2
vp
t λ
T2
t
由于从v0O开<0始V计，数过。零比较器输出vC=1，控制门G打开。计数器
经过2n个时钟脉冲后，触发器FF0～FFn－1都翻转到0态，而Qn=1，开关 S1由A点转到B点，第一次积分结束。第一次积分时间为：
（2）转换误差——它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字 量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。 例如，相对误差≤±LSB/2，就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输 出数字量之间的误差小于最低位的半个字。
2. 转换时间——指从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号 所经过的时间。
二． 取样—保持电路
电路组成及工作原理（取Ri=Rf）:
N沟道MOS管T作为开关用。
当控制信号vL为高电平时，T导通，vI经电阻Ri和T向电容Ch充电。 则充电结束后 vO=－vI=vC。
当控制信号返回低电平后，T截止。Ch无放电回路，所以vO的数值 可被保存下来。
Rf
Ri
vI
T
Ch
vo
A
vL
三． 并行比较型A/D转换器（3
表示D/A转换器的分辨率。
此外，也 可用 D/A转换 器的 最小输出 电压 与最大输 出电 压之比来 表示 分辨率 ， N位D/A转换器的分辨率可表示为 1/（2n-1）。
数模转换与模数转换器的原理与设计
数模转换与模数转换器的原理与设计数模转换和模数转换器是数字电子技术中常用的重要组件，是将模拟信号转换为数字信号或数字信号转换为模拟信号的关键设备。
在本文中，我们将介绍数模转换器（DA转换器）和模数转换器（AD转换器）的原理和设计。
一、数模转换器的原理与设计数模转换器（DA转换器）是将数字信号转换为模拟信号的设备。
它将数字信号按照一定的规则转换为模拟电压或电流输出，实现数字信号到模拟信号的转换。
数模转换器主要包括数字输入端、模拟输出端、数字控制电路和模拟输出电路。
数模转换器的原理是通过将数字输入信号通过根据控制信号的高低电平来控制开关电路的通断状态，由此来改变输出端的电压或电流。
常用的数模转换器有R-2R阻网络转换器、串行输入并行输出型转换器、并行输入串行输出型转换器等。
设计数模转换器时需要考虑以下几个要素：1. 分辨率：定义了转换器的精度，通常用比特数（Bit）来表示。
较高的分辨率意味着更精确的模拟输出。
2. 参考电压：转换器需要参考电压用于模拟输出的范围。
参考电压的选择需要根据具体应用场景来确定，通常为标准电压。
3. 输出范围：定义了模拟输出信号的最小和最大电压或电流值，用于确定模拟输出信号的幅值。
4. 更新速率：指的是数模转换器完成一次转换所需的时间，通常用赫兹（Hz）表示。
高的更新速率使得转换器能够快速响应输入信号的变化。
二、模数转换器的原理与设计模数转换器（AD转换器）是将模拟信号转换为数字信号的设备。
它将连续变化的模拟输入信号按照一定的规则转换为离散的数字输出信号。
模数转换器主要包括模拟输入端、数字输出端、模拟输入电路和数字控制电路。
模数转换器的原理是将模拟输入信号进行采样和量化，然后将量化结果转换为二进制数字输出。
常用的模数转换器有逐次逼近型转换器、积分型转换器、闪存型转换器等。
设计模数转换器时需要考虑以下几个要素：1. 采样率：采样率是指模数转换器对模拟输入信号进行采样的频率。
较高的采样率能够更准确地还原模拟输入信号。