数电模数与数模转换电路
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数电电子第7章 数模(DA)和模数(AD)转换
28
D7
27
D1
21
D0
20 )
VREF R 210
9
i0
Di
2i
VREF R 210
D
模拟输出电流（流入运算放大 器虚地）与10位二进制数的数 值（即数字量）成正比，实现 了数字/模拟电流的转换
式中Ｄ为输入二进制数的数值。
接入运算放大器后，则可 将数字量转换为模拟电压，运放 的输出电压：
（二）集成D/A转换器的结构及分类
各种类型的集成DAC器件多由参考电压源，电阻网络和电子开关三个 基本部分组成。
按电阻网络的结构不同，可将DAC分成T形R-2R电阻网络DAC、倒T 形R-2R电阻网络DAC及权电阻求和网络DAC等几类。由于权电阻求和网 络中电阻值离散性太大，精度不易提高，因此在集成DAC中很少采用。T 形R-2R电阻网络DAC、倒T形R-2R电阻网络DAC中只有两种阻值的电阻， 因此最适用于集成工艺，集成DAC普遍采用这种电路结构。倒T形R-2R电 阻网络DAC在集成芯片中比T形R-2R网络DAC应用更广泛。
（二）集成Ａ/Ｄ转换器的主要参数 1．分辨率 其含义与DAC的分辨率一样，通 常也可用位数来表示，位数越多，分辨率（有时 也称分辨力）也越高。
2．量化编码电路
用数字量来表示采样信号时，必须把它转化成某个最 小数量单位的整数倍，这个转化过程叫量化，所规定的最 小数量单位叫作量化单位，用Ｓ表示。
将量化的数值用二进制代码表示，称为编码。这个二 进制代码便是Ａ/Ｄ转换器的输出信号。
量化的方法一般有两种形式：
1）舍尾取整法
2）四舍五入法
用舍尾取整法量化时，最大量化误差为1S，用四舍五 入法量化时，最大量化误差为S/2。所以，绝大多数ADC 集成电路均采用四舍五入量化方式。
9.数模转换和模数转换电路
对于n位的倒T形电阻网络DAC，则 ：
由此可见，输出模拟电压uO与输入数字量D成 正比，实现了数模转换。
DAC的主要技术参数
1.分辨率 分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出电压之比。 输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最低位为 1 ， 其余各位均为0时的输出电压。 满量程输出电压就是对应于输入数字量全部为 1 时的输出电 压。 对于n位D/A转换器，分辨率可表示为：
2. 量化和编码
数字量最小单位所对应的最小量值叫做量化单位△。 将采样－保持电路的输出电压归化为量化单位△的整数倍 的过程叫做量化。 用二进制代码来表示各个量化电平的过程，叫做编码。
一个n位二进制数只能表示2n个量化电平，量化过程中不 可避免会产生误差，这种误差称为量化误差。量化级分得越多
（n越大），量化误差越小。
1 0 1 0 1 1 1 1
相对误差仅为0.06%。转换精度取决于位数。
本章小结
D/A转换器和A/D转换器作为模拟量和数字量之间的 转换电路，在信号检测、控制、信息处理等方面发 挥着越来越重要的作用。 D/A转换的基本思想是权电流相加。电路通过输入的
数字量控制各位电子开关，决定是否在电流求和点
加入该位的权电流。倒T形电阻网络是应用较广的电 路结构。 A/D转换须经过采样、保持、量化、编码四个步 骤才能完成。
CP 0 1 2 3 4 5 6 7
D7D6D5D4D3D2D1D0 u0 (V) uI>uO
10000000 11000000 10100000 10110000 10101000 10101100 10101110 10101111
5 7.5 6.25 6.875 6. 5625 6.71875 6.796875 6.8359375
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。
数字逻辑电路数摸转换和模数转换
UREF
图8.6
3
8.1 数／模转换电路(DAC)
2. 工作原理 四位倒T型电阻网络的等效电路如图所示。
图8.7 四位倒T型电阻网络的等效电路
4
8.2 模／数转换电路（ADC）
模／数转换电路的作用是将输 入连续变化的模拟信号变换为与其成正比的数字量信号输出。在进行模／数(即 A／D)转换时，通常按取样、保持、量化、编码四个步骤进行。 A／D转换器的种类很多，按其工作原理不同来划分，可分为直接A／D转换 器和间接A／D转换器两大类型。 直接A／D转换器具有较快的转换速 度，典型电路有并行比较型A／D转换器， 逐次比较型A／D转换器。间接A／D转换 器由于要先将模拟信号转换成时间或频 率，再将时间或频率转换为数字量输出， 所以转换速度慢。 在此仅简述逐次比较型A／D转换器。 转换原理——右图是逐次比较型 A／D转换器的逻辑框图。 逐次比较型A／D转换器的工作过程 可以用天平测量物体质量来比喻。
5
数字逻辑电8章 数摸转换 和模数转换
8.1 数／模转换电路(DAC) 8.2 模／数转换电路（ADC）
2
8.1 数／模转换电路(DAC)
数／模转换器(即DAC)是数字系统和模拟系统的接口，它将输入的二进制代 码转换为相应的模拟电压输出。数／模转换有多种方法，如权电流法、权电阻法、 倒T型R－2R网络法等。 在此仅讲述倒T型R－2R网络法。 一、R－2R倒T形电阻网络D／A转换电路 1. 电路组成 图8.6所示 的是4位倒T形电阻网络D／A转换电路 。它由求和运算放大器， 基准电压URET，R－2R倒T形电阻网络和电子模拟开关S0～S3等四部分组成。
第12章 模数与数模转换电路
0
0
0
0 1 0 1 0 1 0 0
0
0 0 0 1
1
0
第12章 模/数与数/模转换电路
代码转换表
uI
1 ) VREF 15 1 3 ( ~ ) VREF 15 15 3 5 ( ~ ) VREF 15 15 5 7 ( ~ ) VREF 15 15 7 9 ( ~ ) VREF 15 15 9 11 ( ~ ) VREF 15 15 11 13 ( ~ ) VREF 15 15 13 ( ~ 1) VREF 15 (0 ~
第12章 模/数与数/模转换电路
三. 其他类型DAC
1. 权电流型DAC
电路结构与权电阻网络DAC类似，内部使用多个恒流源， 其大小依次为前一个的一半，从而构成“权结构”。
2. 权电容型DAC
仍采用权电阻网络DAC类似的电路结构，但用多个电容替 代了权电阻网络中的各电阻，且电容大小仍满足“权结构”。
第12章 模/数与数/模转换电路
12.器
D/A 转换原理
数字信号 A / D转换器 （模数转换器） （ADC）
★ 直接ADC 通过一套基准电压与取样保持信号相比较，从而直接转换为 数字量。一般而言，转换速度较快，转换精度与基准电压设定精 度有很大关系。常见的有并联比较型ADC、逐次逼近型ADC 等。 ★ 间接ADC 将输入的模拟信号首先转换为与其成正比的时间或频率，然 后再以某种方式将中间量转换为数字量，也常称为计数式ADC。 可实现很高的转换精度，但转换速度往往不如直接ADC。常见 的有双积分型ADC（V-T 变换型）、V-f 变换型ADC等。
数模转换器
（Digital - Analog Converter），简称D/A转换器、DAC
数电11_数模和模数转换
模数第十一章数模和模数转换111数模转换112模数转换??????并联比较型直接型形电阻网络倒权电阻网络dac????????????变换型反馈比较型直接型权电流型形电阻网络倒tvdadacdactad????????????变换型变换型间接型权电容网络开关树型fvtvdacdac1??权电容网络dac节一节第节数模转换
4
I 2
R RR
I
I
I
I
I
VREF
16 8
4
2
倒T形电阻网络D/A转换器
di = 0时开关 Si 接至放大器的 V+ 。
不是接地就是虚地
di = 1时开关 Si 接至放大器的 V- 。
返回
目录
9
A
B
C
D i∑
V− ≈ 0
2R
2R
2R I /16
2R I /8
2R I /4
I /2
R
R
R
I
VREF
I /16 I / 8
取样—保持电路的基本形式
vL为高电平时T导通，取样。
vL返回低电平后T截止，保持。
以上电路很不完善，取样速度受限制。
返回 目录
25
集成取样-保持电路LF398
调零端
VOS 2
vI 3
vL 8
VREF 7
R1
D2
−
+ A1
D1
S
−
+ A2
R2 L
6
CH
电路结构
5 vO
VOS V + V −
2
1
vI
4
则VO
=
8 23
(d2 22
+ d1 21
4
I 2
R RR
I
I
I
I
I
VREF
16 8
4
2
倒T形电阻网络D/A转换器
di = 0时开关 Si 接至放大器的 V+ 。
不是接地就是虚地
di = 1时开关 Si 接至放大器的 V- 。
返回
目录
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A
B
C
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V− ≈ 0
2R
2R
2R I /16
2R I /8
2R I /4
I /2
R
R
R
I
VREF
I /16 I / 8
取样—保持电路的基本形式
vL为高电平时T导通，取样。
vL返回低电平后T截止，保持。
以上电路很不完善，取样速度受限制。
返回 目录
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集成取样-保持电路LF398
调零端
VOS 2
vI 3
vL 8
VREF 7
R1
D2
−
+ A1
D1
S
−
+ A2
R2 L
6
CH
电路结构
5 vO
VOS V + V −
2
1
vI
4
则VO
=
8 23
(d2 22
+ d1 21
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。
数电教材第章数模和模数转换
（3）VREF：基准电压
11.2.1 权电阻网络D/A转换器
2.输出电压旳计算： 输出电压为
v0 RF I RF (I3 I2 I1 I0 )
因为V－ ≈V＋＝0， 故各电流为
I3
VREF R
d3, I2
VREF 2R
d 2，I1
VREF 4R
d1, I0
VREF 8R
d0
11.2.1 权电阻网络D/A转换器
注：根据数字量旳输入输出方式能够将D/A转换器提成 并行输入和串行输入两种类型，将A/D转换器提成并行 输出和串行输出两种类型。因为D/A转换器电路旳工作 原理较A/D转换器简朴，且是A/D转换器电路旳构成部 分，故先简介D/A转换器。
11.2 D/A转换器
D/A转换器旳目旳为：
D 111101…
R R R R 图11.2.5
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
R R R R 图11.2.5
R
VREF I
总旳电流为
I VREF R
di di
1时，Ii流入i 0时，I i流入地端
i
I
I
I
I
d3
(
2
)
d
2
(
4
)
d1
(
8
)
d
0
( 16
)
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
因为 I VREF
图11.2.6为采用倒T型电阻网络旳单片集成D/A转换器 CB7520(AD7520)旳电路。
图11.2.6 其输入为10位二进制数，采用CMOS电路构成旳模拟 开关。
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
输出电压为
11.2.1 权电阻网络D/A转换器
2.输出电压旳计算： 输出电压为
v0 RF I RF (I3 I2 I1 I0 )
因为V－ ≈V＋＝0， 故各电流为
I3
VREF R
d3, I2
VREF 2R
d 2，I1
VREF 4R
d1, I0
VREF 8R
d0
11.2.1 权电阻网络D/A转换器
注：根据数字量旳输入输出方式能够将D/A转换器提成 并行输入和串行输入两种类型，将A/D转换器提成并行 输出和串行输出两种类型。因为D/A转换器电路旳工作 原理较A/D转换器简朴，且是A/D转换器电路旳构成部 分，故先简介D/A转换器。
11.2 D/A转换器
D/A转换器旳目旳为：
D 111101…
R R R R 图11.2.5
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
R R R R 图11.2.5
R
VREF I
总旳电流为
I VREF R
di di
1时，Ii流入i 0时，I i流入地端
i
I
I
I
I
d3
(
2
)
d
2
(
4
)
d1
(
8
)
d
0
( 16
)
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
因为 I VREF
图11.2.6为采用倒T型电阻网络旳单片集成D/A转换器 CB7520(AD7520)旳电路。
图11.2.6 其输入为10位二进制数，采用CMOS电路构成旳模拟 开关。
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
输出电压为
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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 压的转移特性曲线发生 平移 。
三位D/A转换器的失 调误差如图所示。
2. 6 集成D/A转换器及其应用 1. AD7520D/A转换器
10位CMOS电流开关型D/A转换器
2、集成D/A转换器应用之一： 数字式可编程增益控制电路
2. 双极性输出方式 2的补码
❖偏移二进制码
N’B
表2 8位D/A转换器在双极性输出时的输入/输出关系
十进
2的补码
偏移二进制码
模拟量
制数
127
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
/O VLS
B
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 127
2. 2 倒T形电阻网络D/A转换器
输入4位二进制数
求和运算放大器
模拟电子开关
输 出
模
电阻网络
拟
电
压
根据运放线性运用时虚地的 概念可知，无论模拟开关Si处 于何种位置，与Si相连的2R 电阻将接“地” 或虚地。
Di=0, Si则将电阻2R接地 Di=1, Si接运算放大器反相端 ，电流Ii流入求和电路
为进一步提高D/A转换器的精度，可采用权电流型D/A转换器。
2.3 权电流型D/A转换器
Di =1时，开关Si接运放 的反相端; Di= 0时，开关Si接地。
采用恒流源电路后对提高转 换精度有什么好处？ 在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受其他因素的 影响，提高了转换精度。
2.4 D/A转换器的输出方式
0
0
2.5 D/A转换器的主要技术指标
1. 转换精度 ：通常用分辨率和转换误差来描述。 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。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。 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
1
126 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 126
0
0
…
－1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 －1
1
1
…
－ 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 －127
127
1
1
－ 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 －128
128
2.1 D/A转换器概述
1、DAC的功能: 将数字量成正比地转换与之对应成模拟量 。
2. 实现D/A转换的基本思想 数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位
代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转 换成相应的模拟量， 然后将这些模拟量相加，即可得到与 数字量成正比的模拟量， 这样，就可以实现数字量--模拟 量的转换。
2、集成D/A转换器应用之二： 抛物线波形产生电路
本节小结
D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信 号转换成相对应的模拟信号输出。
如果输入的是n位二进制数，则D/A转换器 的输出电压为：
3 A/D转换
3.1 A/D转换器概述 3.2 并行比较型A/D转换器 3.3 逐次比较型A/D转换器 3.4 双积分式A/D转换器 3.5 A/D转换器的主要技术指标 3.6 集成A/D转换器及其应用
D/A转换器的倒T形电阻网络原理分析
基准电源VREF提供的总电流为：I =？ 流过各开关支路的电流：I3 =？I2 =？ I1 =？ I0 =？
R
R
R
R
I/16
I/8
I/4
I/2
I0
I1
I2
I3
I/16
I/8
I/4
I/2
流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。
I0
I1
I2
I3
I
流入运放的总电流：
3Hale Waihona Puke 1 A/D转换器概述1. A/D功能: 能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。
A/D 转换器
计算机进行数字处理 （如计算、滤波）、
数据保存等
用模拟量作为控 制信号
数字控制 计算机
D/A 转换器
模拟 控制器
工业生产过程控制对象
ADC和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。
2 D/A转换
2.1 D/A转换器概述 2.2 倒T形电阻网络D/A转换器 2.3 权电流型D/A转换器 2.4 D/A转换器的输出方式 2.5 D/A转换器的主要技术指标 2.6 集成D/A转换器及其应用
数电模数与数模转换电路
1 概述
能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D 转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换 器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数 字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。
传感器 (温度、压力、 流量、应力等）
模拟 传感器
i ＝ I0 + I1 + I2 + I3
4 位倒T形电阻网络DAC的输出模拟电压： 推广到 n 位倒T形电阻网络DAC,有：
令：
则
O = – K NB
上式表明，在电路中输入的每一个二进制数NB， 均能得到与之成正比的模拟电压输出。
为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求：
(1)基准电压稳定性好； (2) 倒T形电阻网络中R和2R电阻比值的精度要高； (3) 每个模拟开关的开关电压降要相等
2.转换误差：转换误差是指D/A转换器实际精度与理论上可 达到的精度之间存在误差。 产生原因：由于D/A转换器中各元件参数值存在误差，如基 准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。
几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差等
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。
3.转换特性 D/A转换器的转换特性 是指其输出模拟量和输 入数字量之间的转换关系。
理想的D/A转换器的转换特性:
输出模拟电压 uo=Ku×D或输出模拟电流io=Ki×D。
如果输入为n位二进制数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为：
4. D/A转换器的组成:
电阻网络 模拟电子开关 求和运算放大器
1. 单极性输出方式 倒T形电阻网络D/A转换器单极性电压输出的电路
反相输出
同相输出
D7 表D61 8位D5D/A转D4换器在D单3 极性D输2 出时D的1 输D入0 /输出关模系拟量 1 1 1 1 1 11 1
…
100 100 011
0 00 0 1 0 0000 1 1111
…
000 0 0001 00 0 0 0 0 0 0