11.6DA转换器的主要技术指标(精)
AD转换器的主要技术指标
A/D转换器的主要技术指标作者：测量测试…文章来源：EEFOCUS 点击数：111 更新时间：2007-8-26A/D转换器的主要技术指标有转换精度、转换速度等。
选择A/D转换器时，除考虑这两项技术指标外，还应注意满足其输入电压的范围、输出数字的编码、工作温度范围和电压稳定度等方面的要求。
1. 转换精度单片集成A/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。
(1) 分辨率A/D转换器的分辨率以输出二进制（或十进制）数的位数来表示。
它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。
从理论上讲，n位输出的A/D转换器能区分2n个不同等级的输入模拟电压，能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。
在最大输入电压一定时，输出位数愈多，分辨率愈高。
例如A/D转换器输出为8位二进制数，输入信号最大值为5V,那么这个转换器应能区分出输入信号的最小电压为9.53mV。
(2) 转换误差转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。
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。
例如给出相对误差≤±LSB/2，这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.转换时间转换时间是指A/D转换器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。
A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关。
不同类型的转换器转换速度相差甚远。
其中并行比较A/D转换器的转换速度最高，8位二进制输出的单片集成A/D转换器转换时间可达到50ns以内，逐次比较型A/D转换器次之，它们多数转换时间在10～50μs以内，间接A/D转换器的速度最慢，如双积分A/D转换器的转换时间大都在几十毫秒至几百毫秒之间。
在实际应用中，应从系统数据总的位数、精度要求、输入模拟信号的范围以及输入信号极性等方面综合考虑A/D转换器的选用。
3.例题某信号采集系统要求用一片A/D转换集成芯片在1s（秒）内对16个热电偶的输出电压分时进行A/D转换。
DA转换器
实现上述功能的电路分别称为A/D转换器,简称ADC(Analog－ Digital Converter的缩写)和D/A转换器,简称DAC(Digital－Analog Converter的缩写)。 A/D转换器有时又称为编码器，而D/A转换器有时又称为解码器。
7.2 D/A转换器 D/A转换器
DAC转换框图 转换框图
DAC电路的输入是数字量，它是由二进制代码按数位组合起来的，每 电路的输入是数字量，它是由二进制代码按数位组合起来的， 电路的输入是数字量 位代码都具有一定的“ 为了把数字量转化为模拟量， 位代码都具有一定的“权”。为了把数字量转化为模拟量，应当把每 一位代码按“ 的大小转换成相应的模拟量， 一位代码按“权”的大小转换成相应的模拟量，然后将各位的模拟量 相加，所得的总和就是与数字量成正比的模拟量。 相加，所得的总和就是与数字量成正比的模拟量。
权电阻D/A转换器 权电阻D/A转换器
四个双向电子模拟开关S 四个双向电子模拟开关 0—S3 权电阻网络R、 、 权电阻网络 、2R、22R、23R 、 基准电压U 基准电压 R 运算放大器
定量分析
Ri支路电流表达式 总输出电流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I Σ = I 3 + I 2 + I1 + I 0
UR Ii = ⋅ Bi Ri
ADC转换框图 转换框图
将模拟量转换为数字量分四个步骤进行，即采样、保持、量化和编码。 将模拟量转换为数字量分四个步骤进行，即采样、保持、量化和编码。
7.3 A/D转换器（续） A/D转换器（ 转换器
1）采样－保持电路 ）采样－ 采样定理
f S ≥ 2 f i max
7.3 A/D转换器（续） A/D转换器（ 转换器
DA转换器的性能指标分析
D/A转换器的性能指标分析
（资料来源：中国联保网）
简介
D/A转换器的主要特性指标包括以下几方面：
分辨率
指最小输出电压(对应的输入数字量只有最低有效位为“1”)与最大输出电压(对应的输入数字量所有有效位全为“1”)之比。
如N位D/A转换器，其分辨率为1/(2^N-
1)。
在实际使用中，表示分辨率大小的方法也用输入数字量的位数来表示。
线性度
用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。
并且把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。
转换精度
D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。
如果不考虑其他D/A转换误差时，D/A的转换精度就是分辨率的大小，因此要获得高精度的D/A转换结果，首先要保证选择有足够分辨率的D/A转换器。
同时D/A转换精度还与外接电路的配置有关，当外部电路器件或电源误差较大时，会造成较大的D/A转换误差，当这些误差超过一定程度时，D/A转换就产生错误。
在D/A转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。
11.6DA转换器的主要技术指标(精)
11.6 D/A转换器的主要技术指标D/A转换器的主要技术指标包括：转换精度、转换速度和温度特性等。
11.6.1 转换精度D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。
分辨率用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。
其定义为D/A转换器模拟量输出电压可能被分离的等级数。
输入数字量位数愈多，输出电压可分离的等级愈多，即分辨率愈高。
所以在实际应用中，往往用输入数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。
此外，D/A 转换器也可以用能分辨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)。
它表示D/A转换器在理论上可以达到的精度。
D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。
由于D/A转换器中各元件参数存在误差，基准电压不够稳定和运算放大器的零漂等各种因素的影响，使得D/A转换器实际精度还与一些转换误差有关，如比例系数误差、失调误差和非线性误差等。
比例系数误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。
如在n位倒T型电阻网络D/A转换器中，当V REF偏离标准值△V REF时，就会在输出端产生误差电压△v O。
由式可知△V REF引起的误差属于比例系数误差。
3位D/A转换器的比例系数误差如图11.6.1所示。
图11.6.1 3位D/A转换器的比例系数误差图11.6.2 3位D/A转换器的失调误差失调误差由运算放大器的零点漂移引起，其大小与输入数字量无关，该误差使输出电压的偏移特性曲线发生平移，3位D/A转换器的失调误差如图11.6.2所示。
非线性误差是一种没有一定变化规律的误差，一般用在满刻度范围内，偏离理想的转移特性的最大值来表示。
引起非线性误差的原因较多，如电路中的各模拟开关不仅存在不同的导通电压和导通电阻，而且每个开关处于不同位置（接地或接V REF）时，其开关压降和电阻也不一定相等。
又如，在电阻网络中，每个支路上电阻误差不相同，不同位置上的电阻的误差对输出电压的影响也不相同等，这些都会导致非线性误差。
11.12AD转换器的主要技术指标(精)
11.12 A/D转换器的主要技术指标A/D转换器的主要技术指标有转换精度、转换速度等。
选择A/D转换器时，除考虑这两项技术指标外，还应注意满足其输入电压的范围、输出数字的编码、工作温度范围和电压稳定度等方面的要求。
1. 转换精度单片集成A/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。
(1) 分辨率A/D转换器的分辨率以输出二进制（或十进制）数的位数来表示。
它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。
从理论上讲，n位输出的A/D转换器能区分2n个不同等级的输入模拟电压，能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。
在最大输入电压一定时，输出位数愈多，分辨率愈高。
例如A/D转换器输出为8位二进制数，输入信号最大值为5V,那么这个转换器应能区分出输入信号的最小电压为9.53mV。
(2) 转换误差转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。
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。
例如给出相对误差≤±LSB/2，这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.转换时间转换时间是指A/D转换器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。
A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关。
不同类型的转换器转换速度相差甚远。
其中并行比较A/D转换器的转换速度最高，8位二进制输出的单片集成A/D转换器转换时间可达到50ns以内，逐次比较型A/D转换器次之，它们多数转换时间在10～50μs以内，间接A/D转换器的速度最慢，如双积分A/D转换器的转换时间大都在几十毫秒至几百毫秒之间。
在实际应用中，应从系统数据总的位数、精度要求、输入模拟信号的范围以及输入信号极性等方面综合考虑A/D转换器的选用。
3.例题某信号采集系统要求用一片A/D转换集成芯片在1s（秒）内对16个热电偶的输出电压分时进行A/D转换。
已知热电偶输出电压范围为0～0.025V（对应于0～450o C温度范围），需要分辨的温度为0.1o C，试问应选择多少位的A/D转换器，其转换时间是多少?解：对于0～450o C温度范围，信号电压为0～0.025V，分辨温度为0.1o C，这相当于的分辨率。
AD和DA转换器的分类及其主要技术指标
AD和DA转换器的分类及其主要技术指标AD和DA转换器（Analog-to-Digital and Digital-to-Analog converters）是电子设备中常用的模数转换器和数模转换器。
AD转换器将连续的模拟信号转换成对应的离散数字信号，而DA转换器则将离散的数字信号转换成相应的连续模拟信号。
本篇文章将介绍AD和DA转换器的分类以及它们的主要技术指标。
一、AD转换器分类AD转换器主要分为以下几个类型：1.逐次逼近型AD转换器（Successive Approximation ADC）逐次逼近型AD转换器是一种常见且常用的AD转换器。
它采用逐渐逼近的方法逐位进行转换。
其基本原理是将模拟输入信号与一个参考电压进行比较，不断调整比较电压的大小，确保比较结果与模拟输入信号的差别小于一个允许误差。
逐次逼近型AD转换器的转换速度相对较快，精度较高。
2.模数积分型AD转换器（Sigma-Delta ADC）模数积分型AD转换器是一种利用高速和低精度的ADC与一个可编程数字滤波器相结合的技术。
它通过对输入信号进行高速取样并进行每个采样周期的累积和平均，降低了后续操作所需的带宽。
模数积分型AD转换器具有较高的分辨率和较好的线性度，适用于高精度应用。
3.并行型AD转换器（Parallel ADC）并行型AD转换器是一种通过多个比较器并行操作的AD转换器。
它的转换速度较快，但其实现成本相对较高。
并行型AD转换器适用于高速数据采集和信号处理。
4.逐渐逼近型AD转换器（Ramp ADC）逐渐逼近型AD转换器是一种通过线性递增电压与输入信号进行比较的转换器。
它利用逐渐逼近的方法寻找与输入信号最接近的电压值，然后以此电压值对应的时间来估计输入信号的值。
逐渐逼近型AD转换器转换速度较慢，但精度较高。
5.其他类型AD转换器除了上述几种常见的AD转换器类型外，还有其他一些特殊的AD转换器类型，如比例调制型AD转换器、索耳转换器等。
DA转换简介
DAC0832
CS 1
20
WR1 2
19
AGND 3
18
D3 4
17
D2 5
16
D1 6
15
D0 7
14
Vref 8
13
Rfd 9
12
DGND 10
11
Vcc ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iou2 Iout1
6. D/A 转换器的应用 信号源
DAC0832 在单缓冲方式下可以直接与系统总线相连，也可以将它看作一个输出端口。每 像该端口送一个 8 位数据，其输出端就会有相应的输出电压。可以通过编写程序，利用 D/A 转换器产生各种不同的输出波形，如锯齿波、三角波、方波、正弦波等。 工业控制器 D/A 转换器也常用于调速系统和伺服控制系统中的电机转速控制 各种压控场合（程控放大器、程控滤波器、有源电阻等）
代码按权转换成对应的模拟电流,再把模拟电流相加，最后由运算放大器将其转变成模
拟电压。
Vref S1
R1
S2
R2
Rfቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I-
V0
+
S3
R3
…
Sn
Rn
图 1. 多路输入的运算放大电路 如果用二进制编码来控制图 1 中的每一路 Sj，当地第 i 路中的二进制码为 1 时，使第 j 位 的 Sj 闭合，第 j 路的二进制码为 0 时，使对应的 Sj 断开，则数字量的变化就转换成了模拟 量的变化。这就是 D/A 转换的基本原理。
DAC0832 是采样频率为八位的 D/A 转换芯片，内部包含一个 T 形电阻网络，输出为差动
电流信号。要想得到模拟电压输出，必须外接运算放大器。集成电路内有两级输入寄存
AD与DA转换器得分类及其主要技术指标
1、AD转换器得分类下面简要介绍常用得几种类型得根本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比拟型/串并行型、2-△调制型、电容阵列逐次比拟型及压频变换型.1〕积分型〔如TLC7135〕积分型AD工作原理就是将输入电压转换成时间〔脉冲宽度信号〕或频率〔脉冲频率〕,然后由定时器/计数器获得数字值.其优点就是用简单电路就能获得高分辨率,但缺点就是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低.初期得单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比拟型已逐步成为主流.2〕逐次比拟型〔如TLC0831〕逐次比拟型AD由一个比拟器与DA转换器通过逐次比拟逻辑构成从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比拟,经n次比拟而输出数字值.其电路规模属于中等.具优点就是速度较高、功耗低,在低分辩率〔＜12位〕时价格廉价,但高精度〔＞12 位〕时价格很高.3〕并行比拟型/串并行比拟型〔如TLC5510〕并行比拟型AD采用多个比拟器,仅作一次比拟而实行转换,又称FLash 〔快速〕型.由于转换速率极高,n位得转换需要2n-1个比拟器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高得领域.串并行比拟型AD结构上介于并行型与逐次比拟型之间,最典型得就是由2个n/2位得并行型AD转换器配合DA转换器组成用两次比拟实行转换所以称为Half flash〔半快速〕型.还有分成三步或多步实现AD转换得叫做分级〔Multistep/Subrangling期AD,而从转换时序角度又可称为流水线〔Pipelined建AD,现代得分级型AD中还参加了对屡次转换结果作数字运算而修正特性等功能.这类AD速度比逐次比较型高,电路规模比并行型小.4〕｛△〔Sigma/ONT>delta〕调制型〔如AD7705〕才△型AD由积分器、比拟器、1位DA转换器与数字滤波器等组成.原理上近似于积分型,将输入电压转换成时间〔脉冲宽度〕信号, 用数字滤波器处理后得到数字值.电路得数字局部根本上容易单片化因此容易做到高分辨率.主要用于音频与测量.5〕电容阵列逐次比拟型电容阵列逐次比拟型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式, 也可称为电荷再分配型.一般得电阻阵列DA转换器中多数电阻得值必须一致,在单芯片上生成高精度得电阻并不容易.如果用电容阵列取代电阻阵列,可以用低廉本钱制成高精度单片AD转换器.最近得逐次比拟型AD转换器大多为电容阵列式得.6〕压频变换型〔如AD650〕压频变换型〔Voltage-FrequencyConverter就是通过间接转换方式实现模数转换得.其原理就是首先将输入得模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量.从理论上讲这种AD得分辨率几乎可以无限增加,只要采样得时间能够满足输出频率分辨率要求得累积脉冲个数得宽度.其优点就是分辩率高、功耗低、价格低,但就是需要外部计数电路共同完成AD转换.2、AD转换器得主要技术指标1)分辩率(Resolution)指数字量变化一个最小量时模拟信号得变化量,定义为满刻度与2n得比值.分辩率又称精度,通常以数字信号得位数来表示.2)转换速率(Conversion Rate就是指完成一次从模拟转换到数字得AD 转换所需得时间得倒数.积分型AD得转换时间就是毫秒级属低速AD,逐次比拟型AD就是微秒级属中速AD,全并行/串并行型AD 可到达纳秒级.采样时间那么就是另外一个概念,就是指两次转换得间隔.为了保证转换得正确完成,采样速率(Sample Rate)、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就是可以接受得.常用单位就是ksps与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得有限分辩率而引起得误差,即有限分辩率AD得阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD(理想AD)得转移特性曲线(直线)之间得最大偏差.通常就是1个或半个最小数字量得模拟变化量,表示为1LSR 1/2LSB.4)偏移误差(Offset Error)输入信号为零时输出信号不为零得值, 可外接电位器调至最小.5)满刻度误差(Full Scale Error)满度输出时对应得输入信号与理想输入信号值之差6〕线性度〔Linearity〕实际转换器得转移函数与理想直线得最大偏移不包括以上三种误差.其它指标还有：绝对精度〔Absolute Accuracy〕,相对精度〔Relative Accuracy〕微分非线性,单调性与无错码,总谐波失真〔Total Harmonic Distotortion缩写THD〕与积分非线性.3、DA转换器得分类DA转换器得内部电路构成无太大差异,一般按输出就是电流还就是电压、能否作乘法运算等进行分类.大多数DA转换器由电阻阵列与n个电流开关〔或电压开关〕构成.按数字输入值切换开关,产生比例于输入得电流〔或电压〕.此外也有为了改善精度而把恒流源放入器件内部得.一般说来,由于电流开关得切换误差小,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得电流,那么为电流输出型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得,但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出.直接输出电压得器件仅用于高阻抗负载,由于无输出放大器局部得延迟,故常作为高速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,大多外接电流一电压转换电路得到电压输出,后者有两种方法：一就是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流一电压转换,二就是外接运算放大器.用负载电阻进行电流一电压转换得方法,虽可在电流输出引脚上出现电压,但必须在规定得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.止匕外,大局部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,那么电路构成根本上与内置放大器得电压输出型相同,这时由于在DA转换器得电流建立时间上参加了达算放入器得延迟,使响应变慢.此外,这种电路中运算放大器因输出引脚得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得,也有在基准电压输入上加交流信号得,后者由于能得到数字输入与基准电压输入相乘得结果而输出,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得衰减器及对输入信号进行调制得调制器使用.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得输出,然后用数字滤波器作平均化而得到一般得电压输出〔又称位流方式〕,用于音频等场合.4、DA转换器得主要技术指标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M对应数字量所有有效位为11'〕之比.2〕建立时间〔Setting Time〕就是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需得时间也可以认为就是转换时间.DA中常用建立时间来描述其速度,而不就是AD中常用得转换速率.一般地,电流输出DA建立时间较短,电压输出DA那么较长.其它指标还有线性度〔LineaHty〕转换精度,温度系数/漂移.。
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11.6 D/A转换器的主要技术指标
D/A转换器的主要技术指标包括：转换精度、转换速度和温度特性等。
11.6.1 转换精度
D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。
分辨率用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。
其定义为D/A转换器模拟量输出电压可能被分离的等级数。
输入数字量位数愈多，输出电压可分离的等级愈多，即分辨率愈高。
所以在实际应用中，往往用输入数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。
此外，D/A 转换器也可以用能分辨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)。
它表示D/A转换器在理论上可以达到的精度。
D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。
由于D/A转换器中各元件参数存在误差，基准电压不够稳定和运算放大器的零漂等各种因素的影响，使得D/A转换器实际精度还与一些转换误差有关，如比例系数误差、失调误差和非线性误差等。
比例系数误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。
如在n位倒T型电阻网络D/A转换器中，当V REF偏离标准值△V REF时，就会在输出端产生误差电压△v O。
由式
可知
△V REF引起的误差属于比例系数误差。
3位D/A转换器的比例系数误差如图11.6.1所示。
图11.6.1 3位D/A转换器的比例系数误差
图11.6.2 3位D/A转换器的失调误差
失调误差由运算放大器的零点漂移引起，其大小与输入数字量无关，该误差使输出电压的偏移特性曲线发生平移，3位D/A转换器的失调误差如图11.6.2所示。
非线性误差是一种没有一定变化规律的误差，一般用在满刻度范围内，偏离理想的转移特性的最大值来表示。
引起非线性误差的原因较多，如电路中的各模拟开关不仅存在不同的导通电压和导通电阻，而且每个开关处于不同位置（接地或接V REF）时，其开关压降和电阻也不一定相等。
又如，在电阻网络中，每个支路上电阻误差不相同，不同位置上的电阻的误差对输出电压的影响也不相同等，这些都会导致非线性误差。
综上所述，为获得高精度的D/A转换精度，不仅应选择位数较多的高分辨率的D/A转换器，而且还需要选用高稳定的V REF和低零漂的运算放大器才能达到要求。
11.6.2 转换速度
当D/A转换器输入的数字量发生变化时，输出的模拟量并不能立即达到所对应的量值，它需要一段时间。
通常用建立时间和转换速率两个参数来描述D/A转换器的转换速度。
建立时间（t set）指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需要时间。
一般用D/A转换器输入的数字量N B从全0变为全1时，输出电压达到规定的误差范围
（LSB/2）时所需时间表示。
D/A转换器的建立时间较快，单片集成D/A转换器建立时间最短可达0.1μs以内。
转换速率（SR）用大信号工作状态下（输入信号由全1到全0或由全0到全1），模拟电压的变化率表示。
一般集成D/A转换器在不包含外接参考电压源和运算放大器时，转换速率比较高。
实际应用中，要实现快速D/A转换不仅要求D/A转换器有较高的转换速率，而且还应选用转换速率较高的集成运算放大器。
11.6.3 温度系数
是指在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。
一般用满刻度输出条件下温度每升高1。
C，输出电压变化的百分数作为温度系数。