模拟电路与数字电路第10章 数模和模数转换器
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电子技术基础- 模拟量和数字量的转换
EOC D0--7
第10章 模拟量和数字量的转换
10.2 A/D转换器
ADC0809管脚功能 8个模拟量输入端
启动A/D转换 转换结束信号
IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START
EOC
D0
输出允许信号
OE
实时时钟 CLK
电源电压
UCC
正负参考电压 VREF(＋)
地 GND D1
1
28
IN2
第10章
模拟量和数字量的转换
10.1 D/A转换器
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。 1.D/A转换器的基本原理及主要技术指标
d0
输入
d1
dn-1
…
D/A
输出
u o K u (d n1 2 n1 d n2 2 n2 d 1 21 d 0 2 0 )
10.2 A/D转换器
1. A/D转换器的基本原理及主要技术指标 A/D转换器的转换过程
ui（t）
CPS S
C
uS（t）
ADC的数字 化编码电路
输入模拟电压 采样保持电路 采样展宽信号
…
Dn-1 d1
d0 数字量输出
第13章 模拟量和数字量的转换
10.2 A/D转换器
采样-保持电路
A1 _
+ +
A2 _
2.D/A转换器的构成
+VREF
IREF
R
I3 2R
S3
S2
二进制权电阻网络D/A转换器
I2 4R S1
I1 8R S0
10AD转换器
uo (V)
d0 输入 d1 uo 或 io
…
dn－1
D/A
输出
7 6 5 4 3 2 1 0
D
000 001 010 011 100 101 110 111
uo Ku (dn 1 2n 1 dn 2 2n 2 d1 21 d0 20 )
《数字电子技术基本教程》
Vi n 2
量化误差 =
如：采样的电 压分别是7/8V （0.875）和 0.9V时，编码 都为111,但前者 无误差，后者 存在误差。
输入 信号 1V 7/8V
二进制 代表的模拟 代码 电压 111 110 7=7/8 （V）
输入 信号 1V
二进制 代表的模拟 代码 电压
111
7=14/15（V） 6=12/15（V） 5=10/15（V） 4= 8/15（V） 3= 6/15（V） 2= 4/15（V） 1= 2/15（V） 0 = 0 (V）
vo RF i
V R i REF (d3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 ) 2 24
缺点：电阻值分散，相差太大
《数字电子技术基本教程》
10.2.2 倒T型电阻网络DAC
电阻网络中的种类少 （仅R和2R两种）
R
不论模拟开关接到运算放大器的 反相输入端（虚地）还是接到地， 也就是不论输入数字信号是1还是0， 各支路的电流不变。
《数字电子技术基本教程》
DAC0832
特点 ① 8位DA转换器 ② COMS工艺 ③ 倒T型电阻网络 ④ 内部有2个数据寄存器 ⑤ 直通、单缓冲、双缓冲三种工作方式
《数字电子技术基本教程》
VCC(+5V) NC GND VEE Io D7 D6 D5 D4 1 2 3 4 5 6 7 8 引脚排列图 DAC0808 16 15 14 13 12 11 10 9 COP VREF(-) VREF(+ ) VCC D0 D1 D2 D3 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 2.4kΩ 5 13 6 7 8 DAC0808 9 10 11 12 3 14 15 2 4 16 Io RL +VREF(+5V) 2.4kΩ
《电工电子技术》(曹建林) PPT课件：10.3 数模和模数转换
D0 I∑
△
−∞
+ +
UO
S3
S2
S1
S0
2R
2R
2R
2R 2R
−I2
4−I
8−I
1—I6
1—I6
UREF
I C R −I2 B R −4I A R −8I
图10.3.3 4位倒T形电阻网络D/A转换器
10.3 数/模和模/数转换
D/A转换
A/D转换
（2） 工作原理
电子开关S3、S2、S1、S0分别受输入数字信号D3D2D1D0的控制，开关的两种
D/A转换
A/D转换
将式（10.3.2）代入式（10.3.1）得 I∑＝ —URR—EF（D323+D222+D121+D020）
（10.3.3）
因此反相求和运算电路的输出电压为：
UO＝−IFRF＝−i∑RF＝ − —U2R—4ERF—RF（D323+D222+D121+D020） (10.3.4)
D/A转换
A/D转换
D/A转换器通常由译码网络、模拟开关、求和运算放大电路和基准电压源等 部分组成。
根据译码网络的不同，可以构成多种D/A转换电路，如例T形电阻网络、权 电流网络D/A转换器等。
基准电压
n位代 码输入
数码寄存器
模拟开关
译码网络
求和放大器
模拟电 压输出
图10.3.2 n位D/A转换器方框图
第10章 集成555定时器
10.3 数/模和模/数转换
无锡科技职业学院
Wuxi Professional College of Science and Technology
数模和模数转换
通过模数转换，将模拟信号转换为数字信号， 实现过程控制和反馈控制。
自动控制系统
通过模数转换，实现模拟信号与数字信号之 间的转换，构建自动控制系统。
05
数模和模数转换的挑战与未 来发展
精度和分辨率的提高
总结词
随着技术的发展，对数模和模数转换 的精度和分辨率的要求越来越高。
详细描述
为了满足高精度和分辨率的需求，需 要采用先进的工艺、算法和校准技术， 以提高转换器的性能。这涉及到对噪 声抑制、非线性校正等方面的深入研 究和技术创新。
重要性
实现数字信号和模拟信号之间的相互转换，使得数字系统和模拟系统能够进行有效 的信息交互。
在信号处理中，数模和模数转换是实现信号滤波、放大、调制解调等操作的基础。
在通信中，数模和模数转换是实现信号传输、编解码、调制解调等操作的关键环节。
历史背景
早期的数模和模数转换器主要依 赖于机械和电子元件，精度和稳
于长距离传输和低功耗应用。
Σ-Δ DAC
03
Σ-Δ DAC采用过采样和噪声整形技术，具有高分辨率和低噪声
的特点，适用于音频和其他高精度应用。
DAC的应用
音频处理
DAC可将数字音频信号转换为模拟音频信号，用 于音频播放和处理。
仪器仪表
DAC可用于将数字信号转换为模拟信号，实现各 种物理量的测量和输出。
测量仪器
ADC在测量仪器中应用广泛，如电压表、电 流表、温度计等。
控制系统
ADC在控制系统中用于实时监测和调节系统 参数，如工业控制、汽车电子等。
音频处理
ADC在音频处理中用于将模拟音频信号转换 为数字信号，便于存储、传输和处理。
04
数模和模数转换的应用场景
音频处理
自动控制系统
通过模数转换，实现模拟信号与数字信号之 间的转换，构建自动控制系统。
05
数模和模数转换的挑战与未 来发展
精度和分辨率的提高
总结词
随着技术的发展，对数模和模数转换 的精度和分辨率的要求越来越高。
详细描述
为了满足高精度和分辨率的需求，需 要采用先进的工艺、算法和校准技术， 以提高转换器的性能。这涉及到对噪 声抑制、非线性校正等方面的深入研 究和技术创新。
重要性
实现数字信号和模拟信号之间的相互转换，使得数字系统和模拟系统能够进行有效 的信息交互。
在信号处理中，数模和模数转换是实现信号滤波、放大、调制解调等操作的基础。
在通信中，数模和模数转换是实现信号传输、编解码、调制解调等操作的关键环节。
历史背景
早期的数模和模数转换器主要依 赖于机械和电子元件，精度和稳
于长距离传输和低功耗应用。
Σ-Δ DAC
03
Σ-Δ DAC采用过采样和噪声整形技术，具有高分辨率和低噪声
的特点，适用于音频和其他高精度应用。
DAC的应用
音频处理
DAC可将数字音频信号转换为模拟音频信号，用 于音频播放和处理。
仪器仪表
DAC可用于将数字信号转换为模拟信号，实现各 种物理量的测量和输出。
测量仪器
ADC在测量仪器中应用广泛，如电压表、电 流表、温度计等。
控制系统
ADC在控制系统中用于实时监测和调节系统 参数，如工业控制、汽车电子等。
音频处理
ADC在音频处理中用于将模拟音频信号转换 为数字信号，便于存储、传输和处理。
04
数模和模数转换的应用场景
音频处理
模数与数模转换器
25
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
14
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
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
14
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。
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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
模数转换器的原理及应用
模数转换器的原理及应用模数转换器，即数模转换器和模数转换器，是一种电子器件或电路，用于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。
该器件在许多领域都有广泛的应用，包括通信、音频处理、图像处理等。
一、数模转换器的原理数模转换器的原理基于采样和量化的过程。
采样是指在一段时间间隔内对连续的模拟信号进行测量，将其离散化，得到一系列的样本。
量化是指将采样得到的模拟信号样本转换为对应的数字量。
1. 采样过程：通过采样器对连续的模拟信号进行采样，即在一段时间间隔内选取一系列点，记录其幅值。
采样频率越高，采样得到的样本越多，对原始信号的还原度越高。
2. 量化过程：将采样得到的模拟信号样本转换为数字量。
量化的目的是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，通常使用二进制表示。
量化过程中，将采样得到的模拟信号样本确定为离散的幅值值，并用数字表示。
二、模数转换器的原理模数转换器将数字信号转换为模拟信号，其原理与数模转换器相反。
它将数字信号的离散样本重新合成为连续的模拟信号，恢复出原始的模拟信号。
1. 数字信号输入：模数转换器接收来自数字信号源的离散数字信号样本。
2. 重构模拟信号：根据输入的数字信号样本，模数转换器重构出原始的模拟信号。
这需要根据离散样本的幅值重新合成出连续变化的模拟信号。
三、模数转换器的应用模数转换器在许多领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用领域：1. 通信系统：在通信系统中，模数转换器用于将数字信号转换为模拟信号进行传输。
它将数字信号编码为模拟信号，便于在传输过程中传递。
2. 音频处理：在音频处理系统中，模数转换器用于将数字音频信号转换为模拟音频信号，以便于放音或其他音频处理操作。
3. 图像处理：在数字图像处理领域，模数转换器用于将数字图像信号转换为模拟图像信号，以便于显示或其他图像处理操作。
4. 控制系统：模数转换器在控制系统中用于将数字控制信号转换为模拟控制信号，以便于控制各种设备或系统的运行。
数-模与模-数转换
4）转换时间。完成一次A/D所需的时间称为转换时间。各类A/D转换 器的转换时间有很大差别，取决于A/D转换的类型和转换位数。速度 最快的达到ns级，慢的约几百ms。
直接A/D型快，间接A/D型慢。并联比较型A/D最快，约几十ns；逐次 渐近式A/D其次，约几十μs；双积分型A/D最慢，约几十ms～几百ms 。
模拟电子开关的导通压降、导通电阻和电阻网络中电阻的误差等因素 有关。
2021/8/13
5
3）温度系数。在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度 变化而变化的量，称压变化的值。
4）建立时间。完成一次D/A转换所需时间。一般小于1μs 。
功能。当采样脉冲us到来后，采样管VT导通，输入的模拟 信号uA经过VT管向电容C充电。在采样脉冲结束后，采样 管VT截止，若电容和场效应管的漏电都很小，运算放大器
的输入阻抗又很高，那么两次采样之间的时间内，电容没
有泄漏电荷，其电压基本保持不变。
2021/8/13
10
3）量化与编码。所谓量化就是将采样/保持后得到的样本值在幅值上以一定的 级数离散化，用最小量化单位的倍数来表示采样保持阶梯波离散电平的过程。
例如，对于一个8位D/A转换器，其分辨率为：1/(281)=1/255≈0.00392=0.392%
2）转换精度。转换精度是指输出模拟电压实际值与理论值之差，即最 大静态误差。
转换精度与D/A转换器的分辨率、非线性转换误差、比例系数误差和温
度系数等参数有关。这些参数与基准电压UREF的稳定、运放的零漂、
电子技术基础与技能
数/模与模/数转换
2021/8/13
1. 数模转换和模数转换基本概念 数字电路和计算机只能处理数字信号，不能处理模拟信号。若
数模和模数转换PPT课件
第29页/共64页
2、量化和编码 由于输入电压的幅值是连续变化的，它的幅值不一定是其量化单位的整倍
数，所以量化过程会引入误差，这种误差叫量化误差。
量化后的信号只是一个幅值离散的信号，为了对量化后的信号进行处理， 还应该把量化的结果用二进制代码或其它形式表示出来，这个过程就叫做编码。
量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。
把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转 换器（Analog-Digital Converter，简称A/D转换器或ADC ）。
把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换， 把相应的转换器件称为数-模转 换器（Digital-Analog Converter，简称D/A转换器或DAC ）
克，秤量步骤：
顺序 1 2 3 4
砝码重 8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断 8g < 13g
保留
12g < 13g
保留
14g > 13g 撤去
13g ＝13g
保留
第38页/共64页
逐次渐近型A/D转换器的基本工作原理是： a. 控制电路首先把寄存器的最高位置1， 其它各位置0。
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(2) 转换误差 偏移误差：数字输入代码全为0时， D/A转换器的输出电压与理想输出电 压0V之差。
增益误差： 为数字输入代码由全0变 全1时，输出电压变化量与理想输出 电压变化量之差。
第26页/共64页
非线性误差：为D/A转换器实际输出电 压值与理想输出电压值之间偏差的最大 值。
第30页/共64页
0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程
2、量化和编码 由于输入电压的幅值是连续变化的，它的幅值不一定是其量化单位的整倍
数，所以量化过程会引入误差，这种误差叫量化误差。
量化后的信号只是一个幅值离散的信号，为了对量化后的信号进行处理， 还应该把量化的结果用二进制代码或其它形式表示出来，这个过程就叫做编码。
量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。
把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转 换器（Analog-Digital Converter，简称A/D转换器或ADC ）。
把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换， 把相应的转换器件称为数-模转 换器（Digital-Analog Converter，简称D/A转换器或DAC ）
克，秤量步骤：
顺序 1 2 3 4
砝码重 8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断 8g < 13g
保留
12g < 13g
保留
14g > 13g 撤去
13g ＝13g
保留
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逐次渐近型A/D转换器的基本工作原理是： a. 控制电路首先把寄存器的最高位置1， 其它各位置0。
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(2) 转换误差 偏移误差：数字输入代码全为0时， D/A转换器的输出电压与理想输出电 压0V之差。
增益误差： 为数字输入代码由全0变 全1时，输出电压变化量与理想输出 电压变化量之差。
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非线性误差：为D/A转换器实际输出电 压值与理想输出电压值之间偏差的最大 值。
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0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程
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。
第十章十一章数模及模数转换
5
③精度
指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误 差。有绝对误差和相对误差两种。 前者一般采用数字量的最低有效位作为衡量单 位。后者则用：输出量绝对误差/满量程×100％。 例如，一个数模转换器精度为±1/2LSB，表示该 转换器的实际输出值与其理想输出值间最大偏差 为最低有效位所对应的模拟输出值的一半。 再如，某分辨率为8位的D/A转换器。其精度为 ±1/2LSB。如果用相对误差表示其精度，则它的 精度是： (±1/2LSB×△)/(△×28)=(±1/2LSB)/28=(±1/2)/28 =±1/512。
20
对要求多片DAC0832同时进行转换的系统， 各芯片的选片信号不同，这样可由选片信号CS与 WR1将数据分别输入到每片的输入寄存器中。各片 的XFER与WR2分别接在一起，公用一组信号，在 XFER与WR2同时为低电平时，数据将在同一时刻由 8位输入寄存器传送到对应的8位DAC寄存器，并 靠WR2或XFER的上升沿将信号锁存在DAC寄存器中， 与此同时，多个DAC0832芯片开始转换，其时间 关系如图所示。
两个8位输入寄存器可以分别选通，从而使 DAC0832实现双缓冲工作方式，即可把从CPU 送来的数据先打入输入寄存器，在需要进行转 换时．再选通DAC寄存器，实现D/A转换，这种 工作方式称为双缓冲工作方式。
17
各引脚功能说明如下： ILE：输入锁存允许信号，输入，高电平有效。 CS：片选信号，输入、低电平有效，与ILE共同 决定WR1是否起作用。
19
IOUT2：DAC电流输出2， RFB：片内反馈电阻引脚，与外接运算放大器 配合构成I/V转换器。 VREF：参考电源或叫基准电源输入端，此端 可接一个正电压或一个负电压，范围为： +10V~ -10V，由于它是转换的基准，要求电压 准确、稳定性好。 VCC：芯片供电电压端．范围为+5V~+15V， 最佳值为+15V。 AGND：模拟地，即芯片模拟电路接地点，所 有的模拟地要连在一起。 DGND：数字地，即芯片数字电路接地点。所 有的数字电路地连地一起。使用时，再将模拟地 和数字地连到一个公共接地点，以提高系统的抗 干扰能力。
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10.3模/数转换器（A/D）
10.3.1A/D转换器的基本组成 10.3.2直接A/D转换器 10.3.3间接A/D转换器A/D转换器
10.3.1A/D转换器的基本组成
A/D转换器可以将输入的模拟信号转换成 数字信号输出。 模拟信号的变化在时间和空间上均是连 续的，而数字信号的变化在时间和空间上均 是离散的，要将连续的模拟信号转化成离散 的数字信号必须经过采样、量化和编码三个 步骤。
图10-5权电流型D/A转换器
图10-6典型的阶梯波信号发生器电路
在图10-6（a）所示电路中，若参考电压 VREF=-10.24V，在CP信号驱动下，电路的输出 波形如图10-6（b）所示，利用式（10-2）可 标出输出阶梯波的信号幅度。 D/A转换器还有权电容型和开关树型等形 式，它们的工作原理与上述介绍的D/A转换器 大致相同，这里不再赘述。
10.2 数/模（D/A）转换器
10.2.1权电阻网络D/A转换器 10.2.2倒T型电阻网络D/A转换器
10.2.1权电阻网络D/A转换器
数/模转换器（D/A）输入信号为数字信 号，输出信号为模拟信号。 最简单的数/模转换器为权电阻网络数/ 模转换器，其电路如图10-1所示。
图10-1权电阻网络D/A转换器
图10-3倒T型电阻网络D/A转换器
由图10-3可见，倒T型电阻网络D/A转换 器内部只有R和2R两种阻值的电阻，有效地解 决了权电阻网络D/A转换器电阻阻值相差很大 的缺点。 在图10-3中，因运算放大器的v+输入端 为“虚地”端，所以，不管电子开关是否接 地，与电子开关相连的电阻一端总是接地， 由此可得计算受电子开关控制的各支路电流 大小的等效电路如图10-4所示。
图10-10并联比较型A/D转换器
表10-1 并联比较型A/D转换器编码器的真值表
并联比较型A/D转换器的优点是转换速度 快，存在的问题是电路较复杂，需要用很多 的电压比较器和触发器。 在转换速度许可的条件下，可以采用反 馈比较型A/D转换器。Βιβλιοθήκη 2. 反馈比较型A/D转换器
反馈比较型A/D转换器的电路组成如图 10-11所示。
图10-11反馈比较型A/D转换器
反馈比较型A/D转换器的电路结构较简单， 但转换的速度很慢，当输出为n位二进制代码 时，最长的转换时间为2n-1，采用逐次渐近型 的A/D转换器可提高转换的速度。
3. 逐次渐近型A/D转换器
逐次渐近型A/D转换器的电路组成如图 10-12所示。
图10-12逐次渐近型A/D转换器
图10-9两种量化方法的量化电平图
10.3.2直接A/D转换器
直接A/D转换器的功能是将输入的模拟电 压信号直接转换成二进制代码输出。 常用的直接A/D转换器有并联比较型和反 馈比较型两种。
1. 并联比较型A/D转换器
并联比较型A/D转换器的电路组成如图 10-10所示。 由图10-10可见，并联比较型A/D转换器 电路由电压比较器、D触发器和编码器三部分 组成。 同理可得，输入电压为其他值时，D触发 器所记忆数值的不同组态被编码器编码成不 同的数字信号输出，编码器的真值表如表101所示。
采用双级权电阻网络可以解决这个问题， 双级权电阻网络D/A转换器的电路如图10-2所 示。 根据叠加定理可证明该电路的输出电压 与输入信号之间的函数关系式满足式（102）。
图10-2双级权电阻网络D/A转换器
10.2.2倒T型电阻网络D/A转换器
倒T型电阻网络D/A转换器是为了克服权 电阻网络D/A转换器电阻阻值相差很大的缺点 而研制的，其电路组成如图10-3所示。
图10-4计算各支路电流的等效电路
权电流型D/A转换器中的电流源可由模拟 电路中所介绍的电流源电路组成。 权电流型D/A转换器的原理电路如图10-5 所示。 利用D/A转换器和计数器可以组成阶梯波 信号发生器，典型的阶梯波信号发生器电路 如图10-6（a）所示。 在图10-6（a）中的CB7520芯片是D/A转 换器，该集成电路可将输入的十位二进制数 代码转换成模拟信号输出。
在图10-7（a）所示电路中，输入信号vi 为模拟信号，采样控制信号vL为方波信号， 输出信号vo为采样信号。 模拟信号经采样后的采样信号如图10-8 所示 。
图10-8采样信号的波形
2. 量化和编码
图10-8所示的采样信号虽然在时间上是 离散的，但在空间上还是连续的，为了得到 在时间和空间上都是离散的数字信号，必须 对图10-7所示的信号进行量化，将各时间段 的采样信号量化成某一最小单位Δ 的整数倍， 然后再将量化后的信号表示成二进制数。 将量化后的信号表示成二进制数的过程 称为编码。 采用四舍五入的方法进行量化的量化电 平图如图10-9（b）所示。
1. 采样定理
实现A/D转换的第一步是采样，对输入信 号进行采样的方法很多，通常的采样方法是 利用采样脉冲信号驱动采样保持电路实现对 输入信号的采样。 最简单的采样保持电路如图10-7（a）所 示，图10-7（b）所示为集成采样保持电路 LF198的符号和典型连接图。
图10-7采样保持电路的原理图和符号
图10-12所示电路采用逐次渐近的方法来 选择DAC的输入数字量，可以在较短的时间内 找出正确的结果，所以，转换的速度较快。
10.3.3间接A/D转换器A/D转换器
除了上面介绍的直接A/D转换器外，还有 间接A/D转换器。目前，使用较多的间接A/D 转换器是电压—频率变换型A/D转换器和双积 分型A/D转换器。电压—频率变换型A/D转换器 的组成如图10-13所示。 由图10-13可见，电压—频率变换型A/D转 换器由压控振荡器（VCO）、计数器、寄存器、 时钟信号控制门等电路组成。
第10章 数/模和模/数转换器
10.1概述 10.2 数/模（D/A）转换器
10.3模/数转换器（A/D） 10.4A/D和D/A的使用参数
10.1 概述
由于计算机技术的飞速发展，目前广泛 采用数字电路来处理模拟信号的问题。 用数字电路来处理模拟信号的关键器件 是：将模拟转换成数字信号的模/数转换器 （A/D）和将数字信号转换成模拟的数/模转 换器（D/A）。