数模转换器基本原理
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。
数模转换器工作原理
数模转换器工作原理
数模转换器工作原理：
数模转换器(DAC)是一种用于将数字信号转换成模拟信号的电子器件。
它通常由一个或多个数据寄存器、一个把数据寄存器中的数字信号转换成模拟信号的量化器、一个滤波器和一个出口放大器组成。
数模转换器的工作原理是：首先，从数据寄存器中读取数字信号，然后将这些数字信号输入到量化器中。
量化器根据输入的数字信号，利用反馈控制原理，将数字信号转换成相应模拟信号。
转换后的模拟信号，经过滤波器稳定，再经过出口放大器进行放大，最后得到所要求的模拟信号。
数模转换器的量化器是整个系统的核心部分，它是一种实现数字信号转换成模拟信号的硬件装置。
量化器的工作原理如下：首先，将输入的数字信号以一定的步长分割成几个区间，每个区间分别对应一个不同的模拟信号。
然后，将数字信号与量化器的比较电路中的参考电压进行比较，以确定数字信号所在的区间，并将相应的模拟信号输出。
最后，根据反馈控制原理，量化器会根据上一个输出模拟信号来调整参考电压，使输出模拟信号尽可能接近输入的数字信号。
量化器的输出模拟信号经过滤波器，滤波器的功能是消除量化器输出模拟信号中的噪声，使模拟信号稳定可靠。
滤波器的原理是：当输入模拟信号的频率超过滤波器的截止频率时，滤波器会把高频分量滤除，达到抑制噪声的目的。
最后，滤波后的模拟信号被输入到出口放大器中，出口放大器的功能是把低幅度的模拟信号放大到需要的等级，以便满足后续接收机的要求。
总之，数模转换器的工作原理是：读取数字信号 -> 进行量化 -> 滤波 -> 放大 -> 得到模拟信号。
它可以满足各种特定的需求，是一种高效、可靠的电子器件。
数模转换器电路设计
数模转换器电路设计一、引言数模转换器（DAC）是数字信号处理系统中的重要组成部分，用于将数字信号转换为模拟信号。
随着数字信号处理技术的不断发展，数模转换器的应用领域越来越广泛，如音频处理、图像显示、通信系统等。
因此，设计高性能的数模转换器电路具有重要意义。
本文将介绍数模转换器的基本原理、性能指标、电路设计、测试与验证等方面。
二、数模转换器的基本原理数模转换器的基本原理是将数字信号转换为模拟信号。
它通常由数字输入、解码器、权重电流源、运算放大器和模拟输出等部分组成。
数字输入接收到一个二进制数字信号，解码器将其转换为相应的二进制代码。
权重电流源根据二进制代码输出相应的电流，运算放大器将电流转换为电压，最后得到模拟输出信号。
三、数模转换器的性能指标数模转换器的性能指标主要包括分辨率、精度、速度、线性度等。
1.分辨率：数模转换器的分辨率是指其能够表示的最大二进制位数，通常以位（bit）为单位表示。
分辨率越高，能够表示的数字信号范围越大。
2.精度：数模转换器的精度是指其模拟输出信号与理想输出信号之间的误差。
精度通常以LSB（Least Significant Bit）为单位表示。
精度越高，误差越小。
3.速度：数模转换器的速度是指其完成数模转换所需的时间。
速度越快，转换效率越高。
4.线性度：数模转换器的线性度是指其模拟输出信号与数字输入信号之间的线性关系。
线性度越高，输出信号越接近理想值。
四、数模转换器的电路设计数模转换器的电路设计主要包括解码器设计、权重电流源设计和运算放大器设计等。
1.解码器设计：解码器的作用是将数字输入信号解码成相应的二进制代码。
根据需要，可以选择不同的解码算法，如二进制解码、格雷码解码等。
在设计解码器时，需要考虑数字信号的时序和逻辑电平。
2.权重电流源设计：权重电流源是根据二进制代码输出相应电流的电路部分。
在设计权重电流源时，需要考虑电流的精度和匹配性。
常用的电流源电路有电流镜和跨导放大器等。
数模转换原理
数模转换原理数模转换原理是指将模拟信号转换成数字信号的过程，也就是将连续的模拟信号转换成离散的数字信号的过程。
在现代电子技术中，数模转换原理被广泛应用于各种领域，如通信、控制、仪器仪表等。
本文将详细介绍数模转换的原理及其在实际应用中的重要性。
首先，我们来看一下数模转换的基本原理。
在数模转换中，模拟信号首先经过采样、量化和编码三个步骤，最终转换成数字信号。
采样是指在时间上对模拟信号进行取样，将连续的模拟信号转换成离散的信号。
量化是指对采样得到的信号幅值进行量化，将连续的幅值转换成离散的幅值。
编码是指将量化后的离散幅值转换成数字信号的过程，常用的编码方式有脉冲编码调制（PCM）和δ-Σ调制。
数模转换的原理非常重要，它直接影响着数字系统对模拟信号的采集、处理和传输效果。
在通信领域，数模转换的质量直接影响着通信系统的性能，如信噪比、动态范围等。
在控制领域，数模转换的准确性决定了控制系统的稳定性和精度。
在仪器仪表领域，数模转换的精度和速度直接影响着仪器的测量精度和响应速度。
除了基本的数模转换原理外，数模转换器的性能参数也是非常重要的。
常见的数模转换器性能参数包括分辨率、采样率、信噪比、失真、非线性度等。
分辨率是指数字信号幅值的精度，通常以位数表示，如8位、12位、16位等。
采样率是指每秒钟采样的次数，它决定了数字信号对模拟信号的还原能力。
信噪比是指信号与噪声的比值，它直接影响着数字系统的抗干扰能力。
失真和非线性度则是衡量数模转换器输出信号与输入信号之间的差异程度的重要指标。
在实际应用中，为了提高数模转换的准确性和稳定性，人们提出了许多改进的方法和技术。
例如，采用更高精度的模拟-数字转换器（ADC）和数字-模拟转换器（DAC）芯片，采用更先进的数字信号处理算法，优化模拟信号处理电路等。
这些方法和技术的应用，大大提高了数字系统的性能和稳定性。
总之，数模转换原理是现代电子技术中的重要基础知识，它对于数字系统的性能和稳定性起着至关重要的作用。
数模转换器工作原理
数模转换器工作原理
数模转换器（DAC）是一种将数字信号转换为模拟信号的重要器件，广泛应用于各种数字通信系统、音频设备、仪器仪表等领域。
其工作原理主要包括数字信号输入、数字量化、模拟输出等几个方面。
首先，当数字信号输入到数模转换器中时，它会经过一个数字量化的过程。
这个过程中，输入的数字信号会被分割成若干个离散的量化级别，然后转换成对应的模拟电压或电流输出。
在这个过程中，数模转换器的分辨率和采样频率是至关重要的参数，它们直接影响着转换后的模拟信号的精度和准确度。
其次，经过数字量化后的信号会经过一定的处理和滤波，以保证输出的模拟信号质量。
这个过程包括去除高频噪声、平滑输出波形等操作，以确保输出的模拟信号能够准确地表达原始的数字信号。
在这个过程中，数模转换器的线性度、失真度等参数会对输出信号的质量产生重要影响。
最后，经过处理和滤波后的信号将被输出为模拟电压或电流信号。
这个输出信号可以直接接入到模拟电路中，如功放、滤波器等，从而实现数字信号到模拟信号的转换。
在这个过程中，数模转换器的输出阻抗、输出范围等参数会对接收端的电路设计产生一定的影响。
总的来说，数模转换器的工作原理主要包括数字信号输入、数字量化、模拟输出等几个关键步骤。
在实际应用中，设计人员需要根据具体的应用场景和要求，选择合适的数模转换器，并合理设计其外围电路，以确保转换效果的准确和稳定。
同时，随着科技的不断发展，数模转换器的性能和技术也在不断提升，为各种应用提供了更加可靠和高质量的数字到模拟信号转换解决方案。
数模转换器的工作原理
数模转换器的工作原理数模转换器的工作原理：①数模转换器即数字模拟转换器，负责将二进制数字信号转变为连续变化的模拟信号。
这一过程在音频播放设备、通信系统及测量仪器等领域中至关重要。
例如，在家用音响系统中，CD播放机读取光盘上的数字信息并将其转换成人们可以听到的声音波形。
②转换的核心步骤涉及取样值的解码，即从存储介质或传输通道获取的数字数据被解释为电压或电流水平。
每个取样值代表信号在某个时间点上的强度。
在音乐播放场景下，每个取样点对应于CD音频流中的离散音频片段。
③解码之后，数模转换器执行量化误差修正，以尽可能准确地重建原始模拟波形。
这一阶段可能包含插值滤波器的应用，用以平滑输出信号，消除阶梯效应。
例如，高端音响设备中使用的DAC，会运用复杂的滤波技术来改善音质。
④插值滤波后，信号通过保持电路，该电路将离散的取样值保持一段时间，以便后续放大和处理。
保持期间，电压水平保持恒定，直到下一个取样值到来。
这一过程在视频信号转换中同样关键，确保显示器上的图像平滑过渡。
⑤最终阶段涉及信号放大，以适应后续电路或负载的要求。
放大器将DAC输出的弱电信号增强到所需水平，比如耳机放大器将DAC 输出适配到耳机灵敏度要求。
⑥整个转换流程中，时钟同步至关重要，确保数字信号正确无误地转换为模拟形式。
不精确的时钟会导致抖动，影响转换质量。
专业音频接口设备往往内置高质量晶体振荡器，以减小时钟误差。
⑦在无线通信基站中，数模转换用于将数字调制信号转变为射频信号，供天线发射。
此场景下，转换精度直接影响信号质量和传输距离。
⑧工业自动化领域，传感器采集的数据经由数模转换，控制执行机构动作，如调节阀门开度或电机转速。
这里，转换器的响应速度决定了控制系统实时性。
⑨医疗成像技术中，如超声波扫描仪，数模转换参与形成最终的图像数据。
每次脉冲回波经由转换，叠加处理后构建完整的二维或三维图像。
⑩便携式电子设备中集成的数模转换器，如智能手机和平板电脑中的音频输出模块，需在功耗和性能间找到平衡，以延长电池寿命同时保证良好用户体验。
数模转换器工作原理
数模转换器工作原理数模转换器（ADC）是一种电子设备，它可以将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。
这种转换器在现代电子设备中被广泛应用，比如数字音频设备、数字电视、数字相机等等。
在这篇文章中，我们将深入探讨数模转换器的工作原理，了解它是如何将模拟信号转换成数字信号的。
首先，让我们来了解一下模拟信号和数字信号的概念。
模拟信号是连续变化的信号，它可以取任意的数值。
比如我们平时听到的声音、看到的图像等都是模拟信号。
而数字信号是离散的信号，它只能取有限个数值。
在计算机和数字设备中，所有的信号最终都会被转换成数字信号进行处理。
数模转换器的工作原理可以分为三个主要步骤，采样、量化和编码。
首先是采样，即将连续的模拟信号在时间上进行离散化。
这个过程是通过一个时钟信号来控制的，时钟信号会以一定的频率对模拟信号进行采样，将连续的信号转换成离散的信号。
采样的频率通常以赫兹（Hz）为单位，常见的采样频率有44.1kHz、48kHz等等。
接下来是量化，即将采样得到的离散信号转换成数字信号。
量化的过程是通过一个模数转换器（ADC）来完成的。
模数转换器会将采样得到的离散信号转换成一系列的数字代码，这些代码代表了信号的幅度。
量化的精度通常以位数来表示，比如8位、16位、24位等等，位数越多，表示精度越高，能够更准确地表示原始信号的幅度。
最后是编码，即将量化得到的数字代码转换成二进制形式。
这个过程通常是通过一个编码器来完成的，编码器会将数字代码转换成二进制形式，以便于数字设备进行处理和存储。
总的来说，数模转换器的工作原理可以简单概括为将连续的模拟信号经过采样、量化和编码三个步骤转换成离散的数字信号。
这种转换过程是通过时钟信号、模数转换器和编码器来完成的。
数模转换器的性能取决于采样频率、量化精度和编码方式，不同的应用场景需要选择合适的数模转换器来满足其要求。
在实际应用中，数模转换器的性能对于信号的质量和精度有着重要的影响。
因此，在设计数字设备和电子系统时，需要根据具体的应用需求选择合适的数模转换器，以确保信号的准确性和稳定性。
数模转换器工作原理
数模转换器工作原理
数模转换器是一种将数字信号转换为模拟信号的电子器件。
它的工作原理包括以下几个关键步骤。
首先，数模转换器接收到一个输入的数字信号。
这个数字信号是以二进制形式表示的，即由一串0和1组成的数列。
接下来，数模转换器将输入的数字信号通过采样和量化过程进行处理。
采样是指以固定的时间间隔对输入信号进行抽样，将每个抽样点的幅值记录下来。
量化是指将每个抽样点的幅值映射到一组离散的模拟信号值之间，以表示输入信号的数值大小。
然后，数模转换器使用一个数字到模拟转换器（DAC）来将
量化后的数字信号转换为模拟信号。
DAC将每个量化的数字
信号值映射到一个相应的模拟信号幅值上，形成一个连续的模拟信号波形。
最后，经过数字到模拟转换的处理，数模转换器通过输出端口将转换后的模拟信号传递给外部电路或设备进行进一步处理或使用。
总结起来，数模转换器的工作原理可以简化为接收数字信号、采样和量化、数字到模拟转换，最终将数字信号转换为模拟信号输出。
这个过程将数字信息转换为连续的模拟波形，使得数字信号可以在模拟电路中进行处理和传输。
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本次课内容 1、ADC的转换原理； 2、ADC的主要参数。 3、模数典型芯片介绍； 4、ADC的基本应用方法。
§8.3 模数转换器（ADC）
ADC作用：将模拟量转换为数字量。 主要应用：(低速)数字万用表，电子秤等； (中速)工业控制，实验设备等；(高速)数字通 信、超高速)数字音频、视频信号变换、气象 数据分析处理。
输 b输 输 输 输 输 输 输
输 7.2.3 3输 ADC输 输 输 输 输 输
对应的输入范围
对应的输入范围
数 字 值 LSB LSB 2 数字值 LSB ~ 数字值 1 LSB
舍入量化
截断量化
量化值 量化区间中点 量化区间末端
输出00 1H
量化点误差为0 Vi=1/8V
1/16<Vi<3/16(V)
输输输输输输
7.5000 6.8750
6.2500
6.5625 6.71875 6.796875 6.8359375 6.796875
SAR ADC 转换的时序波形 （Vin=6.8V→8位二进制数）
转换时间 = 90us
Tclk=10μs Tcon=90μs
三、双积分式（双斜式）ADC
Vi<0
放电开关
基准
标准转换 值
实测值
将两组数据代入 方程y=max+b可求出
8V -8V
有了myyhla、b及实xxhl测输出m（ax实（，际实用失际y=调增m）益ax+）。b和即b可
得到消除了增益和失调误差标准输出。
三、高分辨率ADC与微处理器的接口
当ADC位数大于CPU数据宽度的接口方 法（通常ADC提供两次读出数据控制）。
二、采样/保持电路
模拟量到数字量转 换需要一定时间，在此 期间要求采样所得的样 Vi 值保持不变。这个过程 需有相应电路实现。 S(t)
-
A
Vo
+
VT
C (a) 取样保持电路
Vi ( b) 输 输 输 输 输 输
-
A
Vo
Vi
+
VT
0
t1
t2
t3
t4
t5 t
C (a) 取样保持电路
Ts
S(t)
S(t)
注意：实际应用中，在ADC完成转换后 到数据被读出之前，不允许有新的转换。
转换速率：单位时间（每秒）内ADC重
复转换的次数。
与硬件连接、
转换速率
1
编程方法等
转换时间 数据输出时间 有关。
三、ADC的接口特性
ADC与外部电路连接时的特性，包括: 输入特性：电压(电流)范围、输入极性(单、 双极性)、模拟信号最高有效频率等。 输出特性：编码方式(自然或偏移二进制 码等)、输出方式(串、并行；三态、缓冲、锁 存输出)以及电平类型(TTL、CMOS等)。 控制特性：启动转换、转换完成；片选信 号(CS)、数据读(RD)等控制信号端。
START
VREF＋
+5V
OE
VREF-
INT1
EOC
§8.4.3 ADC的应用
一、ADC的选择
1、根据分辨率确定ADC位数n
设ADC电压输入范围为FSR，位数为n，
要求分辨率为M。则
n
log2
FSR M
1
3.32
lg
FSR M
1
标称位数 8、10、12、14等
例：某ADC的FSR=10V，系统要求分辨 率M=2mV。试确定其位数。
§8.3.4 典型ADC介绍（ADC0809）
单极性0~5 V
IN0
IN1
输
输
输
8位
输IN6
模拟 开关
IN7
ADDA ADDB ADDC
ALE
地址锁存 与译码
START
CLK
定时和控制
-
+
比较器
逐次逼近寄存器
dip28封装
开关树型DAC
决定转换时间
EOC OE
三态输出 寄存器
Q7
Q6 Q5 Q4
输 输
量化误差：有限生的输出数据的等效模拟 值与实际输入模拟量之间的差值。
量化误差的大小与量化方式、量化单位、 ADC编码位数、基准电压大小有关。
常用的量化方式：舍入量化和截断量化 两种方式。
例如：FSR=1V的3位ADC，其分辨率为 1/8V（1LSB）。分别采用舍入量化和截断量 化两种方式，情况如下：
ADDA／ ADDB/ADDC
EOC
OE Q0~Q7
转换进行中
≥200ns ≤2us+8T
ADC0809工作时序图
转换结束
数据有效
ADC0809与8031的接口电路
8
P0.0～7
输
ALE
输
8031
WR
+
P2.0
RD
+
3 ADDA/ADDB/ADDC
8
D0～D7
CLK
8
IN0～IN7
ADC0809
ALE
Ts - tw
三、量化和编码
模拟信号经S/H得到的取样值仍属模拟范 畴，需经量化（将取样值表示为最小数量单位 的整数倍）处理，时间上和数值上都为离散的 数字信号。
最小数量单位称量化单位(1△=1LSB)。 编码：将量化结补码编码。
因取样值为输入信号某些时刻的瞬时值，
它们不可能都正好是化误差(ε)。
n 3.32 lg FSR 1 3.32 lg 10000 1 12.3
M
2
可选
>13位
2、根据采集速度确定ADC的转换速度
设系统转换速率为f；硬件延迟时间ty； ADC转换时间为tcon。则：T≤1/f 。
T = ty + tcon
tcon
1 f
ty
3、ADC其它方面的选择需注意事项
4V≤Vin＜5V
0000111
100
4V
5V≤Vin＜6V
0000011
101
5V
6V≤Vin＜7V
0000001
110
6V
7V≤V优in＜点8V：转换0快000（000仅一个时1钟11 周期）。7V
不足：n较大时，比较器、分压电阻数量 太大，难以保证其准确性及一致性。
二、逐次逼近式ADC
Vf Vi
t2
0
令计数脉冲周期为TC， 则t1=N1TC；t2=N2TC。
N2
Vi VR
N1
Vi VR
N1
优点：N2∝Vi，抗干扰性和精度较好。 不足：转换速度慢，≤20次/s。
§8.3.3 ADC的主要参数
一、转换精度
⑴分辨率：能分辨的最小输入变化量。可 用分辨率、相对分辨率或以数字位数表示。
设ADC位数范围FSR。
输出信号的编码方式；与其他逻辑电平 的匹配情况；控制信号是否合乎要求等。另 外， 转换时间要与应用系统匹配。
二、ADC的调整
使用ADC通常要调整
Vin +8V
其失调和增益误差。方 -8V
法：硬件、软件消除。
4选1
多路
AD1674
D
开关
(含S/H)
12位逐次逼近型ADC A0 A1 (Vin=-10V~+10V)
模拟输入 （0－8V）
A/D转换器
GND
输出
0V<000<1V 1V<001<2V 2V<010<3V 3V<011<4V 4V<100<5V 5V<101<6V 6V<110<7V 7V<111<8V
§8.3.1 ADC的基本原理
一、采样和采样定理
ADC周期性地将输入模拟值转换成与其大 小对应的数字量，该过程称为采样。
输
输
ADC输
输
输
输
输即n位数字量
3位并行比较型ADC的转换真值表
Vin
I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0
Y2 Y1 Y0
量化值
0≤Vin＜1V
1111111
000
0V
1V≤Vin＜2V
0111111
001
1V
2V≤Vin＜3V
0011111
010
2V
3V≤Vin＜4V
0001111
011
3V
优点：技术成熟，精度较高、速度较快。 不足：对Vi中入端需用S/H电路（ADC转 换期间Vi要恒定）。
100kHz 时钟
START BUSY
D7 D6 D5
开始转换 数据准备好，停止转换,SAR清零 1 0 1
D4
0
D3
1
D2
1
D1
1
D0
0
DAC Vout
10
9
8
7
6
5
5.0000
4
3
2
1 0 0.00
量化点误差为0 Vi=1/8V
1/8<Vi<2/8(V)
最大 1/8－1/16; 1/8－3/16
1/8－2/8
误差
±LSB/2
－1LSB
§8.3.2 ADC的基本原理
一、并行（闪速） ADC
Vi VR
R
R
2n
R
(2n－1)个
输输输
_
编
_
码
电
路
_
输输输输
Dn-1
锁 存 器
D0
可有输2n7种.2.2输 比较结果
输出
1.5LSB 输出