26数模转换与模数转换电路
模数转换与数模转换电路问答
模数转换与数模转换电路问答No. 001Σ-Δ型模数转换器与传统的A/D转换器有什么差别？Σ-Δ型模数转换器由Σ-Δ调制器和数字抽取滤波器组成，Σ-Δ调制器量化对象不是传统A/D转换器中信号采样点的幅值，而是相邻两个采样点幅值之间的差值，并将这种值编码为1位的数字信号输出；数字抽取滤波器则具有数字抽取（重采样）和低通滤波的双重功能。
它和传统滤波器最大的差别在于：传统的A/D转换器可以多个通道模拟信号输入共用一个转换器，而Σ-Δ型模数转换器是一个通道一个转换器，传统的A/D转换器每一通道的前端都需要一个抗混叠滤波器，而Σ-Δ型模数转换器因其数字抽取滤波器具有低通滤波功能而避免了混叠失真，所以不需要此器件。
No. 002I2C接口9通道14位电流DAC MAX5112的性能如何？MAX5112是一款14位、9通道电流输出数/模转换器（DAC）（见图1）。
该器件工作在低至3.0V电源，并提供14位的性能，而无需任何调整。
图1MAX5112的内部功能框图器件输出范围优化用于偏置大功率可调节激光源，9个通道中每一路都带有电流源。
并行连接DAC输出可获得额外电流或更高的分辨率。
器件包含内部基准。
I2C兼容接口能够以高达400MHz的时钟速率驱动器件，通过高电平有效的异步CLR输入能够将DAC复位至0，无需使用串口。
器件为驱动接口逻辑电路提供独立的电源输入。
MAX5112工作在-40℃～+105℃温度范围，提供3mm×3mm、36焊球WLP 和5mm×5mm、32引脚TQFN封装。
MAX5112的特点和优势：●低至3.0V的供电电压●集成多路复用器用于输出1和输出2●并行连接输出可增大电流或提高分辨率●I2C兼容串行接口●内部基准●过热保护●-40℃～+105℃温度范围●提供36焊球WLP或32引脚TQFN封装No. 003A/D前都需要加抗混叠滤波器吗？根据奈奎斯特采样定律，A/D的采样频率fs必须高于信号最高频率的两倍，因此一般A/D在进行数模转换前，都会在A/D前加一个抗混迭滤波器，滤去fs/2以上的频率，消除混迭失真的影响。
电路基础原理数字信号的模数转换与数模转换
电路基础原理数字信号的模数转换与数模转换电路基础原理：数字信号的模数转换与数模转换在现代电子技术中，数字信号的模数转换和数模转换是非常重要的概念。
它们是将模拟信号转换为数字信号和将数字信号转换为模拟信号的过程。
本文将探讨数字信号的模数转换和数模转换的基本原理及其在电路中的应用。
一、数字信号的模数转换数字信号的模数转换（Analog-to-Digital Conversion, ADC）是指将模拟信号转换为数字信号的过程。
在这个过程中，连续的模拟信号被离散化为一系列离散的数字信号。
模数转换的过程包括采样和量化两个步骤。
采样是指对连续时间内的模拟信号进行离散化，取样点的时间间隔称为采样周期。
而量化则是对采样得到的离散信号进行幅度的近似描述，将其转换为一系列离散的数值。
在实际应用中，模数转换器（ADC）通常采用电压-数字转换器（Voltage-to-Digital Converter, VDC）来实现。
VDC使用一系列的比较器来比较模拟信号与参考电压之间的差异，并将其转换为数字信号。
数字信号的模数转换在现代电子技术中具有广泛的应用。
例如，在通信领域中，模数转换是将声音、图像等模拟信号转换为数字信号的关键步骤。
在工业自动化中，模数转换则是传感器将物理量转换为数字信号的基础。
二、数字信号的数模转换数字信号的数模转换（Digital-to-Analog Conversion, DAC）是指将数字信号转换为模拟信号的过程。
在这个过程中，一系列离散的数字信号被重构为连续的模拟信号。
数模转换的过程包括数值恢复和模拟滤波两个步骤。
数值恢复是指根据数字信号的编码方式，将数字信号转换为相应的数值。
而模拟滤波则是通过滤波器对数值恢复后的数字信号进行平滑处理，去除数字信号中的高频成分，生成连续的模拟信号。
在实际应用中，数模转换器（DAC）通常采用数字-电压转换器（Digital-to-Voltage Converter, DVC）来实现。
【精品】数模转换与模数转换
【关键字】精品第7章数-模转换与模-数转换第1讲数-模转换一、教学目的：1、数模转换的基本原理。
2、理解常见的数模转换电路。
3、掌握数模转换电路的主要性能指标。
二、主要内容：1、数模转换的定义及基本原理2、权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数3、DAC主要性能指标三、重点难点：权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数。
四、课时安排：2学时五、教学方式：课堂讲授六、教学过程设计复习并导入新课：新课讲解：[重点难点]权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数，逐次逼近型A/D转换器、双积分型A/D转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数。
[内容提要]本章介绍数字信号和模拟信号相互转换的基本原理和常见转换电路。
必要性与意义：自然界中，许多物理量是模拟量，电子系统中的输入、输出信号多数也是模拟信号。
而数字系统处理的数字信号却具有抗干扰能力强、易处理等优点；利用数字系统处理模拟信号的情况也越来越普遍。
由于数字系统只能对数字信号进行处理，因此要根据实际情况对模拟信号和数字信号进行相互转换。
随着计算机技术和数字信号处理技术的快速发展，在通信、自动控制等许多领域，常常需要将输入到电子系统的模拟信号转换成数字信号后，再由系统进行相应的处理，而数字系统输出的数字信号，还要再转换为模拟信号后，才能控制相关的执行机构。
这样，就需要在模拟信号与数字信号之间建立一个转换接口电路—模数转换器和数模转换器。
A/D转换定义：将模拟信号转换为数字信号的过程称为模数转换（Analog to Digital），或A/D转换。
能够完成这种转换的电路称为模数转换器（Analog Digital Converter），简称ADC。
D/A转换定义：将数字信号转换为模拟信号的过程称为数模转换（Digital to Analog），或D/A转换。
数模模数转换电路介绍
数模模数转换电路的原理
模数转换原理
模数转换是将模
1 拟信号转换为数 字信号的过程 ADC的工作原理
3 包括采样、量化 和编码三个步骤
模数转换器
2 （ADC）是实现 模数转换的关键 器件
采样是将模拟信号 在时间上离散化，
4 量化是将采样值在 幅度上离散化，编 码是将量化后的值 转换为数字信号
数模转换原理
04
信号显示：将模拟信号转换 为数字信号，便于显示和控 制
06
信号恢复：将数字信号转换 为模拟信号，便于恢复原始 信号
数模模数转换电路在通信系统中的应用
数字信号处理：在通信系统中，数字信号处理是 01 必不可少的，数模模数转换电路可以实现数字信
号与模拟信号之间的转换。
调制解调：在通信系统中，调制解调是实现信号 02 传输的关键技术，数模模数转换电路可以实现调
数模模数转换电路介 绍
演讲人
目录
01. 数模模数转换电路概述 02. 数模模数转换电路的原理 03. 数模模数转换电路的应用实例
数模模数转换电路概述
数模模数转换电路的概念
01 数模模数转换电路是一种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的电路。
02 数模转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号， 而模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。
制解调过程中的信号转换。
信号放大：在通信系统中，信号放大是提高信号 03 传输距离和可靠性的关键技术，数模模数转换电
路可以实现信号放大过程中的信号转换。
信号滤波：在通信系统中，信号滤波是提高信号 04 传输质量的关键技术，数模模数转换电路可以实
现信号滤波过程中的信号转换。
数模模数转换电路在控制系统中的应用
电路中的模数转换与数模转换的原理与应用
电路中的模数转换与数模转换的原理与应用在现代电子设备中，模数转换和数模转换是一些关键的技术，广泛应用于音频、视频和通信等领域。
这些转换技术允许我们将模拟信号和数字信号之间进行转换，并在电路设计中发挥重要作用。
本文将探讨模数转换和数模转换的原理和应用。
一、模数转换（ADC）模数转换（Analog-to-Digital Conversion，简称ADC）是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。
它的原理基于量化和编码两个步骤。
首先，量化将连续的模拟信号分为不同的离散级别。
这个过程类似于将一个连续的信号映射到一组离散的数值上。
量化程度的精确度决定了数字信号的分辨率。
常见的量化方法有线性量化和非线性量化。
接下来，编码将量化后的数值转换为数字信号。
常见的编码方式包括二进制编码、格雷码和翻转码等。
其中，二进制编码是最常用的编码方式，它将每个量化级别与一个二进制码相对应。
模数转换器的应用非常广泛。
例如，在音频信号处理中，模数转换器将模拟音频信号转换为数字形式，使得我们可以进行数字信号处理，如音频编码和音频分析等。
此外，在通信系统中，模数转换器将模拟语音信号转换为数字信号，使得我们可以进行数字通信，如电话和移动通信等。
二、数模转换（DAC）数模转换（Digital-to-Analog Conversion，简称DAC）是将离散的数字信号转换为连续的模拟信号的过程。
它的原理与模数转换相反，包括解码和重构两个步骤。
首先，解码将数字信号转换为对应的离散数值。
解码过程与编码过程相反，常见的解码方式包括二进制解码和查找表解码等。
接着，重构将解码后的数值转换为模拟信号。
重构过程类似于对数字信号进行插值和滤波，以恢复出连续的模拟信号。
数模转换器在许多领域中也得到广泛应用。
例如，在音频播放器中，数模转换器将数字音频信号转换为模拟音频信号，供扬声器播放。
此外，在调制解调器中，数模转换器将数字通信信号转换为模拟信号，使其可以被传输和接收。
数字逻辑：数模与模数转换电路
模拟信号
连续的、时间上连续变化 的信号，如声音、光线等 。
转换方式
数字信号可以通过数模转 换器转换为模拟信号，模 拟信号也可以通过模数转 换器转换为数字信号。
数字逻辑的基本门电路
AND门
当所有输入都为高电平（1）时，输 出才为高电平（1）。
NOT门
对输入信号取反，输入为高电平（1 ）时输出为低电平（0），输入为低 电平（0）时输出为高电平（1）。
数字逻辑数模与模 数转换电路
目录
• 数字逻辑基础 • 数模转换电路（DAC） • 模数转换电路（ADC） • 数模与模数转换的应用 • 数模与模数转换的发展趋势
01
CATALOGUE
数字逻辑基础
数字信号与模拟信号的区别
01
02
03
数字信号
离散的、不连续的信号， 只有0和1两种状态，通常 用于表示二进制数。
集成化、微型化的电路设计
集成化
随着半导体工艺的进步，数模与 模数转换电路可以更加集成化， 减小电路体积，提高可靠性。
微型化
微型化设计可以减小电路板空间 占用，使得数模与模数转换电路 更加适用于小型化设备。
智能化的数据处理技术
数据校准
通过算法和校准技术，对数模与模数 转换电路的输出数据进行校准和修正 ，以提高转换精度。
权电阻型
根据输入数字码改变相应的权电阻的接 通或断开，从而改变输出电压。
权电容型
根据输入数字码改变相应的权电容的 充放电状态，从而改变输出电压。
权电流型
根据输入数字码改变相应的权电流源 的开关状态，从而改变输出电压。
权电压型
根据输入数字码改变相应的权电压源 的开关状态，从而改变输出电压。
DAC的性能参数
数模与模数转换电路
1. D/A转换器的转换精度
转换精度是指输出模拟量的实际值与理想值之差，差值越小， 其转换精度越高。转换误差原因很多，如转换器中各元件参数 的误差、运算放大器零漂的影响、基准电源不够稳定等。
D/A转换器误差主要有： （1）非线性误差
通常把在满量程范围内偏离转换特性的最大误差称非线性 误差，它与最大量程的比值称非线性度。产生的原因一个是 电阻网络中电阻值的偏差，另一个是模拟开关的导通电阻和 导通压降的实际值不等于零，且呈非线性。
（7.2.5） （7.2.6）
支路的电流表达式为
（7.2.7）
综上所述，集成运算放大器反向端的总电流为
根据运算放大器输入端“虚断”，有
（7.2.8） （7.2.9）
从上式可见，输出的模拟电压Uo与输入的数字量成正比， 从而实现了数字量到模拟量的转换。由于在倒T型电阻网络D/A 转换器中，各支路电流直接流入运算放大器的输入端，它们之间 不存在传输上的时间差，这一特点，不仅提高了转换速度，也减 少了动态过程中输出端可能出现的尖脉冲。常用的CMOS开关倒 T型电阻网络D/A转换器的集成电路有AD7520、DAC1210等。
图7.3.3 取样保持电路
当UL=1时，模拟开关S闭合。A1、A2接成电压跟随器，所以 输出Uo=U'o=UL。同时，U'o通过电阻R2对外接电容CH充电， 使UCH= UL.因电压跟随器的输出电阻非常小，所以对外接电容 CH的充电时间很短。
当UL=0时，模拟开关S断开，取样过程结束。由于UCH无放 电通路，所以UCH上的电压值能保持一段时间不变，使取样结果 Uo保持下来。
3.量化与编码
数字量在时间上和数值上是离散的。任何一个数字量的大小， 都是以某个最小数量单位的整数倍来表示的，因此，用数字量 表示取样电压时，就必须把它转化成这个最小数量单位的整数 倍，这个过程称为量化。最小数量单位叫做量化单位，用Δ表 示。由于输入电压是连续变化的，它的幅值不一定能被Δ整除， 因而不可避免地会引入误差，这种误差称为量化误差。量化误 差属于原理误差，是不可被消除的。A/D转换器的位数越多， 量化误差的绝对值就越小。
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。
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2 . v o E 2 n R X 1 6 ( 3 0 4 1 2 4 6 1 ) 1 6 * 5 0 4 8 3 . 2 ( v ) 8
3 . v o E 2 n R X 1 6 ( 3 0 4 1 2 8 6 4 2 1 ) 1 6 * 6 0 4 9 3 . 8 ( v ) 4
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15 15
[ 9 E R , 11 E R )
15 15
[ 11 E R , 13 E R )
数模转换和模数转换电路：
数模转换电路：
Vo
7 6 5 4 3 2 1 0
000 001 010 011 100 101 110 111
X
n=3 时的DAC电路转换特性曲线
一、权电阻求和网络DAC
I n1
R n1 I n 2
Rn2
20 R
21R
-
i
I1
R1 I0
R0
+
2n2R
2n1R
Rf
R 2
if
Vo
二、R—2R梯形电阻网络DAC
R
R
I0
I1
2R 2R
2R
R
i
I n2
I n1
2R
2R
Rf 3R
if
+
Vo
ER
x0
LSB
x1
xn2
x n1
并行输入X
MSB
当 Rf 3R时 ,voE 2n R(X)10 (vo 3E*R2*nR *fR(X)10)
三、R—2R倒梯形电阻网络DAC
ER
R
R
R
I n1
I n2 2R
2R
x n1 MSB
xn2
并行输入X
I1
I0
2R
2R
x1
x0 i
LSB
2R
Rf R
if
+
Vo
当 Rf R时 ,voE 2n R(X)10 (vo E2Rn**RRf (X)10)
模数转换电路（ADC） 一、并行比较型（优先编码器）
ER(8v)
viR RFra bibliotekC7 优
C 6
先 编
A2
ER x n1
MSB
xn2
x1
并行输入X
x0
LSB
当n3时
x 2 x 1 x 0 0时 0 ,i 0 0 ,v o 0 v x2x1x0 11时 1
iE R (R 12 1 R 4 1 R )4 E R R(124 ) 综上：i2nE1RR(X)10其中 2nE1RR为电流转换
i 2nE1RR(X)10 vo ifR f iR f 2n E 1 R R (X )1R 0f
当 Rf 2 R时 ,voE 2n R(X)10
例1：如上电路图，设ER=-10v,Rf=R/2,输入二进制数X的数位 n=6。 求 1、当LSB由0变到1时，输出电压Vo的变化量是多少。
2、当X=110101时，输出电压Vo为什么值。 3、当X=111111时，输出电压Vo为什么值。 解：1.即求X当 0000时 01的 vo
15 15
[ 13 E R 15
,ER)
量化标尺 0S 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7S
c7 c6 c5 c4 c3 c2 c1 0000000 0000001 0000011 0000111 0001111 0011111 0111111 1111111
量化当量 :
S
2
2
n 1
1
E
R
当 n 4 , E R 10 v 时
S 2 * 10 0 .6452 v 31
vi 6.259.734倍 S 0.645 采用四舍五入法
所以vi 10S,即: X x3x2x1x0 1010
量化误差 vi vi* 6.2510S
6.256.45 0.2v
作业：
P
自考：p264: 5、6、7、8、9、13、14