模数与数模转换器
第8章数模转换器与模数转换器
R ∞
O1 O2
－
＋
uo
I /1 6
2R 2R
I /8
2R
I/4
2R
I/2
2R
I= V REF / R
R
A B
R
C
R
D
I/8
I/4
I/2
I
－VREF
1. 倒T形电阻网络DAC
（1）电阻译码网络
电阻译码网络由R及2R两种电阻接成倒T形构成。由于网络两个输出端O1，O2都处 于零电位（O1点为虚地），所以从A、B、C任一节点向左看等效电阻都是2R， 如图（b）所示，因此，基准源电流I为
数据总线 d0～d7 (CS1)① (CS2)② 数据1锁存到①输入锁存器 (WR1)① 数据1输入①输入锁存器 (WR1)② 数据2输入②输入锁存器 WR2(XFER) ILE＝1 D/A寄存器锁存 数据2锁存到②输入锁存器
刷新模拟输出
8.1 DAC
8.1.3 1.
DAC的主要参数
第8章 数模转换器与模数转换器
ADC与DAC在工业控制系统中的作用举例。
非电模拟量
传感器
模拟信号
ADC
数字信号
数字系统
数字信号
DAC
模拟信号
执行机构
8.1 DAC
8.1.1 D/A转换基本原理
数字量是用代码按数位组合起来表示的，每一位代码都有一定的 权值。例如，二进制数1010，第四位代码权是23，代码“1”表 示数值为“8”；第三位代码权是22 ，代码“0”表示这一位没有 数；第二位代码权是21 ，代码“1”表示数值为“2”；第一位代 码权是20，代码“0”表示这一位没有数，这样1010所代表的十 进制数是8×1＋4×0＋2×1＋1×0＝10。可见，数模转换只 要将数字量的每一位代码，按其权数值转换成相应的模拟量， 然后将各位模拟量相加，即得与数字量成正比的模拟量。
模数与数模转换器
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
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。
第十章数模和模数变换器
1 1
01
01 10
1 0 0
制 控制端
1 00 0
数码寄存器
逻 清 0、置数 辑 CP、(移位命令)
0001
00 01
10
10
00 00
移位寄存器
时钟
10.2.4 双积分ADC 10.2.5 ADC 的主要技术指标
一、转换时间：完成一次A/D转换所需时间， 也 可定义为每秒转换的次数，即转换速度。
§10.2 模/数转换器（ADC）
目的： A/D变换器的目的是将模拟量转换 成与之成正比的数字量。它是模拟信号和 数字仪器的接口。根据其性能不同，类型 也比较多。
步骤： 采样，保持，量化，编码
10.2.1 A/D转换的一般过程
一. 采样与保持 按一定时间间隔采集模拟信号 “样值” 保持一段时间
1. 采样定理 1. 采样频率大于模拟信号最高频率分量的2倍， 根据规程采样频率在5倍以上。 2. 图 10.2.1 ：
字 输
出
D7 CP Q7
VDD
清零 比较器输出高电平，与门打开 计数器加计数
Vo增加
Vo>Vi时，比较器输出低电平， 与门关闭，八D触发器输出。
二. 逐次逼近ADC
其工作原理可用天平秤重过程作比喻来 说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分 别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克， 可以用下表步骤来秤量：
(a),(b): 通过样 值绘制的正弦曲 线只有一条
(c) : 所采集的样值 全为0 ，无法恢复
(d):可画出无数振 幅不同但频率相 同的正弦波
(e),(f) :通过采样 值可以绘出与原 正弦波频率不同 的新的波形，混 叠
2. 常用的几种采样---保持电路 采样开关T，存储输入信息的电容C，缓冲放大器A (a) 基本采样---保持电路
ADC及DAC的名词解释
ADC及DAC的名词解释在现代科技发展的浪潮中，ADC和DAC这两个名词经常出现在我们的视野中。
它们分别代表着模数转换器（Analog-to-Digital Converter）和数模转换器（Digital-to-Analog Converter）。
今天，让我们一起来深入了解这两个名词的含义和应用。
一、ADC的名词解释ADC，全称为模数转换器，是一种将模拟信号转换为数字信号的设备。
模拟信号是连续变化的信号，而数字信号是离散的、通过二进制代码表示的信号。
ADC的主要功能就是将采样的模拟信号转换为数字信号，使得计算机或其他数字设备能够处理和分析这些信号。
ADC的工作原理可以简单描述如下：首先，ADC对输入的模拟信号进行采样，即在一段时间内对信号进行周期性的测量。
接着，对每个采样值进行量化，将其转换为数字形式。
最后，经过编码和处理，数字信号被发送到计算机或其他设备进行处理和分析。
ADC广泛应用于各个领域。
在音频设备中，ADC将声音信号转换为数字信号，使得我们能够通过电脑、手机等设备收听和录制音频。
在医疗仪器中，ADC将生物电信号转换为数字信号，帮助医生进行诊断和治疗。
在工业控制系统中，ADC用于采集各种传感器产生的模拟信号，实现自动控制和监测。
二、DAC的名词解释DAC，全称为数模转换器，是一种将数字信号转换为模拟信号的设备。
与ADC相反，DAC的主要功能是将计算机或其他数字设备产生的数字信号转换为可以用于驱动音频、视频等模拟设备的模拟信号。
DAC的工作原理可以简单描述如下：首先，DAC接收到来自计算机或其他数字设备产生的数字信号。
然后，通过解码和处理，将这些数字信号转换为模拟信号。
最后，模拟信号被放大，以便能够驱动扬声器、显示器等设备。
DAC的应用范围也非常广泛。
在音频设备中，DAC将数字音频信号转换为模拟音频信号，使我们能够欣赏到高质量的音乐。
在视频设备中，DAC将数字视频信号转换为模拟视频信号，实现高清影像的播放。
第14章数模和模数转换器
相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误 差。在理想的情况下，所有的转换点应当在一条直线 上。
3.转换速度
是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转 换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经 过的这段时间。
第20页，共27页。
14.3 数字电路应用举例
14.3.1 交通信号灯故障检测电路
DAC是目前应用最多的 DAC集成电路，按输入 的二进制数的位数可分 为8位、10位、12位和16 位等。如DA7520，其引 脚排列及连接电路如图 所示。
第13页，共27页。
14.1.3 DAC的主要技术指标
1.分辨率 指最小输出电压与最大输出电压之比，也是最小输入 数字量1与最大输入数字量2n-1之比。
则：
U A - 2 4 1 R 0 （ 2 3 1 + 2 2 0 + 2 1 0 + 2 0 0 ） = 5 V
得UA=-5V，小于UX=6.88V，说明该设定量DA=1000太小，
下次比较时，该位数Q4=1应保留，同时应将第三位Q3增为1
。
接着，由顺序脉冲分配器发出脉冲CP2，它供给F4作为时钟 脉冲，由于UA<UX，电压比较器输出高电平，使D4=1，故F4 状态不变，Q4仍保留为1。同时CP2经非门使F3直接置1，故 Q4=1，Q3=1，Q2=0，Q1=0，即DA=1100，经数模转换器转换 后UA=7.5V，大于UX=6.88V，说明该设定量DA又太大了，下次 比较时，Q3=1，应取消，变为0，同时将Q2由0增至1。
接运放反相输入端 各电子开关S受D控制
第6页，共27页。
流向运放A点的总电流可表示为：
IΣ= I3 +I2 +I1 +I0 ＝2U0RR D3+2U1RR D2+2U2RR D1+2U3RR D0 ＝2U3RR（23D3 +22D2 +21D1 +20D0）
什么是电路中的数模转换和模数转换
什么是电路中的数模转换和模数转换电路中的数模转换和模数转换是指将数字信号和模拟信号互相转换的过程。
在现代电子设备和通信系统中，这两种转换方式起着至关重要的作用。
1. 数模转换：数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在数字电路中，所有信息都以二进制形式表示，通过数模转换可以将数字信号转换为模拟电压、电流或其他模拟形式的信号。
常见的数模转换器是数字到模拟转换器（DAC），它将数字信号转换为模拟信号的输出。
数模转换器通常由一个数字输入和一个模拟输出组成。
数模转换器的输入可以是数字编码、数字信号或数字数据，输出信号则是连续的模拟波形。
在数模转换的过程中，数字信号经过采样和量化，然后根据一定的规则转换为相应的模拟信号。
数模转换在诸多应用中发挥着重要的作用，如音频和视频处理、通信系统中的调制解调器等。
通过数模转换，数字信号能够在模拟电路中进行处理和传输，实现数字与模拟信号之间的无缝衔接。
2. 模数转换：模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
在大部分现代电子设备中，数字信号更易于处理和存储，因此需要将模拟信号转换为数字信号以进行后续处理。
模数转换器（ADC）是常见的模数转换设备，它将模拟信号转换为离散的数字化信号。
模数转换器通常包含一个模拟输入和一个数字输出。
在模数转换的过程中，连续的模拟波形被分段采样，然后经过量化，最终转换为离散的数字信号。
适当的采样频率和精度可以确保模拟信号在数字化后能够保持较高的还原度。
模数转换在许多领域中被广泛使用，如音频和视频编码、传感器信号处理、通信系统中的调制解调器等。
通过模数转换，模拟信号可以被数字电路准确地表示和处理，实现了数字系统对模拟信号的感知和操作。
总结：数模转换和模数转换是电路中常见的信号转换方式，它们相互补充，使得数字和模拟信号能够在电子设备和通信系统中相互转换。
数模转换将数字信号转换为模拟信号，模数转换则将模拟信号转换为数字信号。
这两种转换方式的应用广泛，并在现代电子技术中扮演着重要的角色。
数模转换器和模数转换器
vO
1
0t vI dt
Qn (a)
o
vs 1
( b) o
vo
(c) o
vc
( d)
o
vG
(e) o
T1
1
T1
t1
+ vI
T2
t2
t
t VR EF
t
2
vp
t λ
T2
t
由于从v0O开<0始V计，数过。零比较器输出vC=1，控制门G打开。计数器
经过2n个时钟脉冲后，触发器FF0～FFn－1都翻转到0态，而Qn=1，开关 S1由A点转到B点，第一次积分结束。第一次积分时间为：
（2）转换误差——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，相对误差≤±LSB/2，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——指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。
二． 取样—保持电路
电路组成及工作原理（取Ri=Rf）:
N沟道MOS管T作为开关用。
当控制信号vL为高电平时，T导通，vI经电阻Ri和T向电容Ch充电。 则充电结束后 vO=－vI=vC。
当控制信号返回低电平后，T截止。Ch无放电回路，所以vO的数值 可被保存下来。
Rf
Ri
vI
T
Ch
vo
A
vL
三． 并行比较型A/D转换器（3
表示D/A转换器的分辨率。
此外，也 可用 D/A转换 器的 最小输出 电压 与最大输 出电 压之比来 表示 分辨率 ， N位D/A转换器的分辨率可表示为 1/（2n-1）。
数模转换与模数转换器的原理与设计
数模转换与模数转换器的原理与设计数模转换和模数转换器是数字电子技术中常用的重要组件，是将模拟信号转换为数字信号或数字信号转换为模拟信号的关键设备。
在本文中，我们将介绍数模转换器（DA转换器）和模数转换器（AD转换器）的原理和设计。
一、数模转换器的原理与设计数模转换器（DA转换器）是将数字信号转换为模拟信号的设备。
它将数字信号按照一定的规则转换为模拟电压或电流输出，实现数字信号到模拟信号的转换。
数模转换器主要包括数字输入端、模拟输出端、数字控制电路和模拟输出电路。
数模转换器的原理是通过将数字输入信号通过根据控制信号的高低电平来控制开关电路的通断状态，由此来改变输出端的电压或电流。
常用的数模转换器有R-2R阻网络转换器、串行输入并行输出型转换器、并行输入串行输出型转换器等。
设计数模转换器时需要考虑以下几个要素：1. 分辨率：定义了转换器的精度，通常用比特数（Bit）来表示。
较高的分辨率意味着更精确的模拟输出。
2. 参考电压：转换器需要参考电压用于模拟输出的范围。
参考电压的选择需要根据具体应用场景来确定，通常为标准电压。
3. 输出范围：定义了模拟输出信号的最小和最大电压或电流值，用于确定模拟输出信号的幅值。
4. 更新速率：指的是数模转换器完成一次转换所需的时间，通常用赫兹（Hz）表示。
高的更新速率使得转换器能够快速响应输入信号的变化。
二、模数转换器的原理与设计模数转换器（AD转换器）是将模拟信号转换为数字信号的设备。
它将连续变化的模拟输入信号按照一定的规则转换为离散的数字输出信号。
模数转换器主要包括模拟输入端、数字输出端、模拟输入电路和数字控制电路。
模数转换器的原理是将模拟输入信号进行采样和量化，然后将量化结果转换为二进制数字输出。
常用的模数转换器有逐次逼近型转换器、积分型转换器、闪存型转换器等。
设计模数转换器时需要考虑以下几个要素：1. 采样率：采样率是指模数转换器对模拟输入信号进行采样的频率。
较高的采样率能够更准确地还原模拟输入信号。
数字模拟电路-12数模与模数转换器
信号的压缩与解压缩
利用数模和模数转换器，可以对通信信号进行压缩和解压缩，提高 传输效率和接收质量。
无线通信与卫星通信
在无线通信和卫星通信中，数模和模数转换器用于信号的转换和处理， 实现远距离通信和高质量语音、视频传输。
05 数模与模数转换器的挑战 与未来发展
串行DAC
串行DAC采用R-2R梯形网络或电荷再分配技术，通过逐位转换实 现数字到模拟的转换。其精度高，但转换速度相对较慢。
Σ-Δ DAC
Σ-Δ DAC采用过采样技术和噪声整形技术，在较低的分辨率下实现 高精度转换。其抗噪声能力强，适用于高精度应用。
DAC的性能指标
分辨率
线性度
DAC的分辨率指输出模拟电压的最小单位 变化量，通常以位数表示。分辨率越高， 输出电压变化越细腻。
ADC的工作原理
01
02
03
采样
将连续的模拟信号转换为 离散的数字信号，通过一 个适当频率的时钟信号控 制。
量化
将连续的模拟信号转换为 离散的数字信号，通过一 个适当的量化器实现。
编码
将量化后的信号转换为二 进制代码，输出数字信号。
常见的ADC类型
并行比较型ADC 逐次逼近型ADC
积分型ADC 流水线型ADC
DAC的线性度指实际输出模拟电压与理想 输出之间的偏差。线性度越高，偏差越小 ，输出信号质量越好。
转换精度
建立时间
转换精度指DAC的实际输出模拟电压与理 论输出之间的误差。误差越小，精度越高 。
建立时间指DAC从数字输入到稳定模拟输 出的时间。建立时间越短，表明DAC的响 应速度越快。
03 模数转换器（ADC）
数模转换器与模数转换器基本原理
数模转换器与模数转换器基本原理数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）是现代电子设备中常见的模拟信号处理电路，它们用于将数字信号转换为模拟信号或将模拟信号转换为数字信号。
本文将详细介绍数模转换器和模数转换器的基本原理。
一、数模转换器（DAC）基本原理数模转换器将数字信号转换为模拟信号，通常用于将数字数据转换为模拟信号输出，如音频、视频等。
数模转换器的基本原理如下：1. 数字信号表示：数字信号由一系列离散的数值表示，通常用二进制表示。
比如，一个八位的二进制数可以表示0-255之间的数字。
2. 数字量化：数字量化是将连续的模拟信号离散化，将其转换为一系列离散的数值。
这可以通过将模拟信号分成若干个均匀的间隔来实现。
例如，将模拟信号分为256个等间隔的量化等级。
3. 数字到模拟转换：数字到模拟转换的过程是将离散的数字信号转换为连续的模拟信号。
这可以通过使用数字信号的离散值对应的模拟信号的电压值来实现。
比如，将一个八位的二进制数转换为0-5V之间的电压。
4. 输出滤波：为了减少转换过程中的噪声和失真，通常需要对转换器的输出信号进行滤波。
滤波器可以通过消除高频噪声、平滑信号等方式来实现，以获得更好的模拟输出信号。
二、模数转换器（ADC）基本原理模数转换器将模拟信号转换为数字信号，通常用于模拟信号的数字化处理，如传感器信号采集、音频信号编码等。
模数转换器的基本原理如下：1. 模拟信号采样：模拟信号是连续变化的信号，模数转换器需要将其离散化。
采样是指周期性地测量模拟信号的幅度。
采样频率越高，采样精度越高，对原始模拟信号的还原能力越强。
2. 量化和编码：量化是将采样后的模拟信号转换为离散的数字量，包括离散幅度和离散时间。
编码是将量化后的信号用二进制表示。
常用的编码方式有二进制编码、格雷码等。
3. 数字信号处理：模数转换器的输出是数字信号，可以通过数字信号处理进行后续的处理和分析。
例如，可以对采集到的传感器数据进行滤波、数学运算等。
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。