电路中的数模转换器与模数转换器
电路中的数模转换器与模数转换器电子设备在现代社会中扮演着重要的角色，而电路则是电子设备的
基础。
在电路中，数模转换器和模数转换器是两种常见的组件，它们
在数字信号和模拟信号之间起着桥梁的作用。
本文将就数模转换器和
模数转换器进行探讨。
一、数模转换器
数模转换器（DAC）是将数字信号转换为模拟信号的装置。
在电子
设备中，数字信号通常是通过二进制编码来表示的，而模拟信号是连
续变化的。
数模转换器的作用就是将数字信号转化为与之对应的模拟
信号。
数模转换器通常由数字信号输入端、模拟信号输出端和控制端组成。
其中，数字信号输入端接收来自计算机或其他数字设备的二进制编码
信号，而控制端可以进行精确的调节和控制。
通过内部的数学运算和
电流输出，数模转换器能够将离散的数字信号转换为连续的模拟信号。
数模转换器在各个领域中都得到了广泛的应用。
在音频设备中，数
模转换器能够将数字音频信号转换为模拟音频信号，使得人们能够用
耳朵听到音乐。
在通信设备中，数模转换器则起到将数字信号转换为
模拟信号的作用，使信息能够在物理媒介上传输。
二、模数转换器
模数转换器（ADC）则是将模拟信号转换为数字信号的装置。
在电子设备中，模拟信号是连续变化的，而数字信号是离散的。
模数转换器的作用就是将模拟信号转化为与之对应的数字信号。
与数模转换器类似，模数转换器通常由模拟信号输入端、数字信号输出端和控制端组成。
模拟信号输入端接收来自传感器或其他模拟设备的信号，而控制端则用于对转换过程进行调节和控制。
通过内部的采样和量化处理，模数转换器能够将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
模数转换器同样在各个领域中发挥着重要作用。
在测量仪器中，模数转换器能够将模拟信号转换为数字信号，使得数据能够被处理和分析。
在自动控制系统中，模数转换器则起到将模拟输入转换为数字输入的作用，使得系统能够进行数字化的操作。
结语
数模转换器和模数转换器在电子设备中起到了桥梁的作用，将数字信号和模拟信号进行转化。
它们分别实现了从数字到模拟的转换和从模拟到数字的转换。
从音频设备到通信设备，从测量仪器到自动控制系统，数模转换器和模数转换器的应用无处不在。
它们在现代技术的发展中扮演着重要的角色，为数字世界和模拟世界之间架起了一座桥梁。
模拟量与数字量的转换
uo
1 01 01 01 0
S0
S1
S2
S3
2R 2R
2R
2R
2R
AR
BR
C R D IR
UR
①分别从虚线A、B、C、D处向左看的二端网络等效电阻都是R。
②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。
从参考电压UR处输入的电流IR为：
uo
RF I
U R RF 24 R
(d3 23 d2 22 d1 21 d0 20 )
10.1.3 集成数模转换器及其应用
NC GND
UEE Io d7 d6 d5 d4
1
16
2
15
3
14
4 DAC0808 13
5
12
6
11
7
10
8
9
(a)
COP d0
UR(-) d1
数
DAC
字
控
制
计
算
机
ADC
多 路
功率放大
执行机构
开
…
…
关
功率放大
执行机构
加热炉
…
加热炉
多
信号放大
温度传感器
路
…
…
开 关
信号放大
温度传感器
10.1.1 T型电阻网络数模转换器
Rf
R
R
R A 2R
∞ －
2R 2R
2R
2R
2R
+ +
uo
S0
S1
S2
S3
模数、数模转换及其应用论文
模数、数模转换及其应用摘要：随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测和自动控制系统中的广泛应用，利用电子系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。
数字电子计算机所处理的都是不连续的数字信号，而实际遇到的大都是连续的模拟量，模拟量经过传感器转换成电信号的模拟量后，需经过模/数转换变成数字信号后才可输入到数字系统中进行处理和控制。
同时，往往还要求将处理后得到的数字信号再经过数/模转换成相应的模拟信号，作为最后的输出。
模数、数模转换建立在各种转换电路的基础上，并且不断改进模数、数模转换器的转换精度与转换速度。
模数、数模转换技术在工业中有着重要的应用。
关键字：电子系统模数转换器数模转换器转换技术的应用Digital to analog、digital to analog conversion and its application Abstract: With the rapid development of electronic technology and computer in the automatic detection and automatic control system in the broad application, the use of electronic system for processing analog signal conditions become more common. Digital electronic computer processing are not continuous digital signal, but actually encountered mostly continuous analog, analog quantity sensor is converted into electrical signals by analog, after A / D conversion into digital signal can be input to a digital system for processing and control. At the same time, also often seek treatment received digital signals through D / A conversion into a corresponding analog signal, as the final output. ADC, DAC based on conversion circuit based on continuous improvement, and module, digital to analog converter conversion precision and conversion rate. ADC，DAC technology in industry has important applications.Key words: electronic system；analog to digital converter；digital to analog converter；conversion technology application１引言作为把模拟电量转换成数字量或数字量转换成模拟电量输出的接口电路，转换器是现实世界中模拟信号通向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶颈所在。
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。
第八章 数模、模数转换器
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A/D转换器 8.2 A/D转换器
用二进制代码来表示各个量化电平的过程叫做编码。 用二进制代码来表示各个量化电平的过程叫做编码。 由于数字量的位数有限，一个n位的二进制数只能表示2 由于数字量的位数有限，一个n位的二进制数只能表示2n 个值，因而任何一个采样-保持信号的幅值， 个值，因而任何一个采样-保持信号的幅值，只能近似地逼近 某一个离散的数字量。 某一个离散的数字量。因此在量化过程中不可避免的会产生 误差，通常把这种误差称为量化误差。显然，在量化过程中， 误差，通常把这种误差称为量化误差。显然，在量化过程中， 量化级分得越多，量化误差就越小。 量化级分得越多，量化误差就越小。
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A/D转换器 8.2 A/D转换器
3．逐次逼近型模-数转换器 逐次逼近型模逐次逼近型模-数转换器一般由顺序脉冲发生器、 逐次逼近型模-数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼 近寄存器、 数转换器和电压比较器等几部分组成， 近寄存器、模-数转换器和电压比较器等几部分组成，其原理 框图如图 12所示 所示。 框图如图8-12所示。 一次转换过程如表 一次转换过程如表8-3和图8-15所示。 15所示。 所示
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D/A转换器 8.1 D/A转换器
8.1.3 T形电阻网络D/A转换器 T形电阻网络D/A转换器 形电阻网络D/A
为了克服权电阻网络D/A转换器中电阻阻值相差过大的缺 为了克服权电阻网络D/A转换器中电阻阻值相差过大的缺 D/A 点，又研制出了如图8-3所示的T形电阻网络D/A转换器，由R 又研制出了如图 所示的T形电阻网络D/A转换器， D/A转换器 和2R两种阻值的电阻组成T形电阻网络（或称梯形电阻网络） 2R两种阻值的电阻组成T形电阻网络（或称梯形电阻网络） 两种阻值的电阻组成 为集成电路的设计和制作带来了很大方便。网络的输出端接 为集成电路的设计和制作带来了很大方便。 到运算放大器的反相输入端。 到运算放大器的反相输入端。 提高转换速度和减小尖峰脉冲的有效方法是将图 提高转换速度和减小尖峰脉冲的有效方法是将图8-4电路 改成倒T形电阻网络D/A转换电路， D/A转换电路 所示。 改成倒T形电阻网络D/A转换电路，如图8-6所示。
模数转换器
A/D转换器模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。
而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。
转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。
A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。
在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。
一般来说，AD比DA贵，尤其是高速的AD，因为在某些特殊场合，如导弹的摄像头部分要求有高速的转换能力。
一般那样AD要上千美元。
还有通过AD的并联可以提高AD的转换效率，多个AD同时处理数据，能满足处理器的数字信号需求了。
模数转换过程包括量化和编码。
量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。
编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。
最普通的码制是二进制，它有2n个量级（n为位数）,可依次逐个编号。
模数转换的方法很多，从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。
直接法是直接将电压转换成数字量。
它用数模网络输出的一套基准电压，从高位起逐位与被测电压反复比较，直到二者达到或接近平衡（见图）。
控制逻辑能实现对分搜索的控制，其比较方法如同天平称重。
先使二进位制数的最高位Dn-1＝1，经数模转换后得到一个整个量程一半的模拟电压VS，与输入电压Vin 相比较，若V in>VS,则保留这一位；若V in<V in，则Dn-1＝0。
然后使下一位Dn-2＝1,与上一次的结果一起经数模转换后与V in相比较,重复这一过程，直到使D0＝1，再与V in相比较,由V in>VS还是V in<V来决定是否保留这一位。
电路中的数字转模拟转换器将数字信号转化为模拟信号
电路中的数字转模拟转换器将数字信号转化为模拟信号数字转模拟转换器在电路中的作用及原理数字转模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，简称DAC）是一种将数字信号转化为模拟信号的电子器件。
它在现代电子系统中起着重要的作用，广泛应用于音频处理、通信系统、仪器仪表等领域。
本文将对数字转模拟转换器的作用、原理以及应用进行介绍。
一、数字转模拟转换器的作用在数字系统中，处理的是经过采样离散得到的数字信号，而许多外部设备与传感器的输出信号为模拟信号。
为了使数字系统能够正确地与模拟设备进行通信和控制，就需要将数字信号转换为模拟信号。
这就是数字转模拟转换器的作用。
数字转模拟转换器可以将离散的数字信号通过一定的算法和电路设计，转换为与时间连续的模拟信号。
转换后的模拟信号可以模拟出原始数据的连续变化趋势和精确数值，因此可以被模拟设备准确地识别和处理。
二、数字转模拟转换器的工作原理数字转模拟转换器的工作原理是基于采样定理和数学插值的原理。
具体来说，数字转模拟转换器通过一系列的操作将输入的数字信号转换为模拟波形。
以下是数字转模拟转换器的基本工作原理：1. 样本保持（Sample and Hold）：采样保持电路会周期性的对输入的数字信号进行采样，并在下一个时刻保持这个值。
这样可以保持输入信号的连续性，使其能够实现模拟信号的平滑过渡。
2. 数字量化（Digital Quantization）：数字量化是指将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
通过使用模数转换器（ADC）将输入信号进行离散化，将连续的信号分成多个等间距的小区间。
每个小区间都对应一个离散的数字值。
3. 数字编码（Digital Encoding）：数字编码是指将量化后的数字信号用二进制数表示。
常见的编码方式有二进制编码、格雷码等。
4. 数字解码（Digital Decoding）：数字解码是将编码后的数字信号恢复为模拟信号的过程。
数字解码部分采用的是数模转换器（DAC），将二进制编码转换为相应的模拟电压或电流。
第 14 章D-A转换器
第 14 章 数模转换与模数转换
D/A转换器 A/D转换器 本章小结
2020年9月8日星期二
1
第 14 章 数模转换与模数转换
一般自动化设备和仪器的内部组成框图如下：
传感器
模拟I/O
耳目/手脚
模拟控制
模
ADC
数
拟 信
神经传输
字 信
号
DAC
号
数字计算机
数字电路
大脑
数字控制
只由R和2R两种 电阻组成倒T形
电阻网络。
（1）电子开关置于电阻网络和运放之间。 bi＝1电流入反相端（虚地）， bi＝0电流入地（实地）。
（2）无论开关在左（实地）还是在右（虚地），电阻流过电流恒定，故无 需电流建立时间。从根本上消除了产生尖峰脉冲的原因。
2020年9月8日星期二
10
第 14 章 数模转换与模数转换
D/A(Digital to Analog Converter，简称DAC)的作 用是把数字量信号转换成模拟电压。
模
d0
块 框
输入
d1
…
图
dn－1
uo 或 io
D/A
输出
数字系统信号往往是多位二进制来表示，每一位都有一定 的“权”。数字量化为模拟量，即是二进制数化作十进制 数的过程： ⑴按权展开，求相应位的模拟量； ⑵相加求和，求总的模拟量。
上有电流Ii
例如输入数字量为1001， 则b4b3b2b1=1001
Ii
U REF Ri
bi
I
I3
I2
I1
I0
U REF 23 R
(23 b3
22 b2
数模转换电路原理
数模转换电路原理
数模转换电路是指将数字信号转换为模拟信号的电路。
数模转换电路的基本原理是根据数字信号的离散特性，利用数字量与模拟量之间的转换关系来实现信号的转换。
常见的数模转换电路有数字模拟转换器（DAC）和模数转换器（ADC）。
DAC是将数字信号转换为模拟信号的电路。
它根据输入的数字信号值，在输出端生成与输入相对应的模拟信号。
DAC电路的基本原理是通过数字信号的二进制编码来确定输出模拟信号的电平大小。
具体来说，DAC电路将输入的数字信号按照一定的编码方式，将每个数字位对应到不同的电平上，然后利用各种放大、滤波等技术处理，最终生成与输入数字信号相对应的模拟信号。
ADC是将模拟信号转换为数字信号的电路。
它根据输入的模拟信号大小，在输出端生成对应的数字信号值。
ADC电路的基本原理是通过对模拟信号的抽样、量化和编码来实现信号的数字化。
具体来说，ADC电路对输入模拟信号进行周期性的抽样，将每个抽样点的电平值进行量化，即将连续的模拟电平转换为离散的数字量，然后将量化后的数字量按照一定编码方式输出。
数模转换电路在很多应用中发挥着重要作用。
在通信系统中，常用的数字音频、视频信号需要经过数模转换才能在模拟信号通路中传输。
在测量与控制系统中，传感器采集的模拟信号需要通过ADC转换为数字信号，进行计算和处理。
总之，数模
转换电路是数字与模拟领域的重要桥梁，对于实现数字与模拟信号的互相转换具有重要意义。
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。
数模及模数转换器习题解答
自我检测题1．就实质而言，D/A 转换器类似于译码器，A/D 转换器类似于编码器。
2．电压比较器相当于1位A/D 转换器。
3．A/D 转换的过程可分为 采样 、保持、量化、编码4个步骤。
4．就逐次逼近型和双积分型两种A/D 转换器而言， 双积分型 的抗干扰能力强，逐次逼近型 的转换速度快。
5．A/D6．8位D/A 转换器当输入数字量只有最低位为1时，输出电压为，若输入数字量只有最高位为1。
A ． C ． D ．都不是 7．D/A 转换器的主要参数有 、转换精度和转换速度。
A ．分辨率B ．输入电阻C ．输出电阻D ．参考电压8．图所示R-2R 网络型D/A 转换器的转换公式为 。
图A ．∑=⨯-=303REFo 22i i iD V v B ．∑=⨯-=304REF o 2232i i i D V vD ．∑=⨯=304REFo 22i i i D V v9．D/A 转换器可能存在哪几种转换误差？试分析误差的特点及其产生误差的原因。
解：D/A 转换器的转换误差是一个综合性的静态性能指标，通常以偏移误差、增益误差、非线性误差等内容来描述转换误差。
偏移误差是指D/A 转换器输出模拟量的实际起始数值与理想起始数值之差。
增益误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线的斜率的偏差。
D/A 转换器实际的包络线与两端点间的直线比较仍可能存在误差，这种误差称为非线性误差。
10．比较权电阻型、R -2R 网络型、权电流型等D/A 转换器的特点，结合制造工艺、转换的精度和转换的速度等方面比较。
解：权电阻型D/A 转换器的精度取决于权电阻精度和外接参考电源精度。
由于其阻值范围太宽，很难保证每个电阻均有很高精度，因此在集成D/A 转换器中很少采用。
R -2R 网络型D/A 转换器电阻网络中只有R 和2R 两种阻值的电阻，且比值为2。
虽然集成电路技术制造的电阻值精度不高，但可以较精确地控制不同电阻之间的比值，从而使R -2R 网络型D/A 转换器获得较高精度。