第10章 模拟数字转换器ADC
模拟量和数字量的转换—D_A转换器(电子技术课件)
2 LSB
FSR
1
2
≤ 0.05%，即 ×
1
2 −1
≤ 0.05% ⇒
1
由于10位D/A转换器分辨率为 10
2 −1
的D/A转换器。
=
1
2 −1
1
1023
≤ 0.1%。
= 0.097%，故应取十位或十位以上
总结
DAC主要技术指标： VLSB 、 VFSR 、分辨率、转换速度、
转换精度
倒T形电阻网络D/A转换器
位数比较多时问题更突出。难以在极为宽广的阻值范围内保证每个电阻
都有很高的精度，对制作集成电路不利且影响转换器精度。
总结
权电阻网络DAC：结构比较简单，所用电阻元件数很少。
但各个电阻阻值相差较大，尤其在输入信号位数比较多时
问题更突出，影响转换器精度。
开关树型DAC
分压器型
双积分型ADC
间接ADC
权电容网络DAC
V-F变换型ADC
总结
1. DAC：数模转换器
ADC：模数转换器
2. DAC的分类、ADC的分类
D/A转换器的应用
以AD7520为例，介绍D/A转换器的应用。
AD7520是一种10位CMOS型的D/A转换集成
芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口
1
对于n位D/A转换器，分辨率也可表示为：分辨率= 。如10位D/A转换器
2 −1
1
的分辨率为 10
2 −1
=
1
1023
≈ 0.001。DAC输入位数n越多，电路的分辨率越高。
分辨率体现D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。
4. 转换速度：指从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所需要的时间。
电路中的模拟转数字转换器将模拟信号转化为数字信号
电路中的模拟转数字转换器将模拟信号转化为数字信号在现代电子技术中，模拟信号转换为数字信号是一个重要的过程。
模拟信号是连续的，而数字信号是离散的。
模拟转数字转换器（ADC）是一种能够将模拟信号转化为数字信号的电路装置。
一、模拟信号与数字信号的区别模拟信号是根据物理量的大小连续变化的信号，可以表示为连续的波形。
例如，声音、光线、温度等都是模拟信号。
而数字信号则是以离散的方式表示的信号，值只能是一组离散的数字。
二、ADC的工作原理ADC是一种能够将模拟信号转换为数字信号的装置。
它的工作原理是将模拟信号经过采样、量化和编码等过程，最终得到对应的数字信号。
1. 采样采样是指将连续的模拟信号在一定的时间间隔内离散取样。
采样的频率决定了模拟信号在时间上的离散程度，也影响着数字信号的保真度。
通常采用的采样频率是大于采样信号最高频率的两倍。
2. 量化量化是将采样得到的连续模拟信号转化为离散的数字信号。
在量化的过程中，模拟信号的幅值范围将被分为一定数量的区间，并且每个区间的幅值将离散化为一个数字。
3. 编码编码是将量化后的数字数值转换成二进制形式。
通过编码，模拟信号将完全转化为数字信号。
三、常见的ADC类型目前市场上存在多种不同类型的ADC，其中常见的有以下几类：1. 逐次逼近型（Successive Approximation）逐次逼近型ADC是一种常见且常用的类型。
它采用逐次逼近算法进行转换，每一步都逼近输入信号的实际值，最终得到数字表示。
逐次逼近型ADC具有转换速度快、精度高等特点。
2. 闪存型（Flash）闪存型ADC是一种又快又精确的ADC类型。
它的转换速度非常快，但成本较高。
闪存型ADC可以同时比较所有可能的输入范围，并返回准确的数字输出。
3. 积分型（Integrating）积分型ADC是一种基于积分的转换器，通过对输入信号进行积分来实现模拟信号的转换。
积分型ADC通常用于测量和转换连续变化的信号，如电流和电压。
第十章 AD转换及其应用
内置ADC相关寄存器
ADMUX－ADC多路选择寄存器
内置ADC相关寄存器
ADCSRA－ADC 控制和状态寄存器A
ADEN: ADC 使能 ADSC: ADC 开始转换 ADATE: ADC 自动触发使能 ADIF: ADC 中断标志 ADIE: ADC 中断使能
内置ADC相关寄存器
内置ADC相关寄存器
ADMUX－ADC多路选择寄存器
内置ADC相关寄存器
ADMUX－ADC多路选择寄存器
ADLAR: ADC 转换结果 左对齐
内置ADC相关寄存器
ADMUX－ADC多路选择寄存器
内置ADC相关寄存器
ADMUX－ADC多路选择寄存器
内置ADC相关寄存器
ADMUX－ADC多路选择寄存器
主要组成： 信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据 放大器、A／D转换器控制电路。
1、信号处理装置
组成：标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转 换电路等。 ★ 标度变换器： 作用：把经由各种传感器所得到的不同种类和不同电平的被 测模拟信号变换成统一的标准信号。 ★ 滤波电路：
作用：滤掉或消除干扰信号，保留或增强有用信号。
ADCSRA－ADC 控制和状态寄存器A
内置ADC相关寄存器
ADCH/ADCL－ADC 数据寄存器 右对齐 ADLAR=0
左对齐 ADLAR=1
内置ADC相关寄存器
特殊功能IO 寄存器－ SFIOR
ADTS2:0: ADC 自动触发源
ADC转换过程
选择参考电压源
通过设置ADMUX中的REFS[1:0]位
第10章 AD与DA转换器接口
2. DAC0832 的引脚定义 DI0~DI7: 数字量输入。 ILE: 输入锁存允许。
CS : 片选。
WR1 : 写信号1 WR 2 : 写信号2 XFER 2 : 传递控制
控制第一级缓
冲器的锁存
控制第二级缓
冲器的锁存
VREF：基准电压。
AGND：模拟信号地。
VCC：工作电源。 DGND：数字信号地。 IOUT1：
DI0-3:低4位数字量输入数据线 DI4-11:高8位数字量输入数据线 /CS=0,/WR1=0时，B1//B2＝0，打开低4位锁存器 /CS=0,/WR1=0时，B1//B2＝1，打开高8位锁存器 /XFER=0,/WR2=0时，打开12未DAC寄存器 Vref 参考电压输入 Iout1、Iout2模拟电流输出 AGNG、DGNA模拟数字信号地线 Rfb 反馈电阻输入
DAC1210与系统总线的连接
3. DAC1210 软件设计
若220H221H选择/CS，地址为222H223H选择/XFER， 则地址为220H时选择4位输入寄存器，为221H时选择8位 输入寄存器，为222H时选择12位DAC寄存器。待转换的 数据已经放在DATAH和DATAL两个存储单元中，则可用 下面的程序完成一次转换。 MOV DX，220H ；低4位寄存器地址 MOV AL，DATAL ；低4位数据 OUT DX，AL ；输出低4位 INC DX ；高8位寄存器地址 MOV AL，DATAH ；高8位数据 OUT DX，AL ；输出高8位数据 MOV DX，222H ；DAC寄存器 OUT DX，AL ；启动12位数据转换
D/A 转换器能够转换的二进制数的位数。
例如8位D/A，转换后电压满度为5V，
则其能分辨的最小电压=5v/2820mv
adc模数转换器原理
adc模数转换器原理模数转换器（ADC）是一种非常重要的电子电路，它可以将模拟信号转换为数字信号，以便电路中的微处理器可以对其进行处理。
随着科技的发展，ADC的性能也在不断提高，可以提供更多功能和性能，以满足不断变化的需求。
本文将重点介绍ADC的工作原理，以及其在现有技术中的应用。
ADC的基本原理是将模拟信号（如模拟电压或电流）转换成数字信号，然后通过串行数据总线将其传送到微处理器其他部分。
ADC的类型主要分为抽样-持续转换（SAR）和按位逐次抽样（S&S）两种，其中SAR类型ADC更加常用。
SAR类型ADC的工作原理主要是将电路中的输入信号反复地采样，并使用内部电压参考或外部电压参考进行比较，以确定最终输出值。
采样率和参考电压是控制转换精度的关键因素，采样率越高，参考电压越精准，最终转换的精度就越高。
此外，随着科技的发展，ADC的性能也在不断提高。
近年来，ADC 技术可以实现多种性能，如低功耗、高动态范围、高采样率和高精度等功能。
通过不断的技术进步，ADC已经可以用于传感器、医疗影像、音频应用、声纳应用、无线通信和军事应用等多个领域。
最后，ADC技术也取得了很大的发展，能够为上述应用提供更优质的服务。
例如，最新的ADC技术可以实现低功耗、高转换速率和极高的精度，以满足当今快速变化的应用需求。
综上所述，ADC模数转换器是一种关键电路，它可以将模拟信号转换为数字信号，以便电路中的微处理器可以对其进行处理。
它的原理是采样-持续转换，依靠内部或外部参考电压进行比较，以确定最终输出值，并可用于多种应用场合，比如传感器、音频应用等。
由于技术的不断进步，ADC可以实现低功耗、高转换速率和极高的精度，以满足现有应用的需求。
如何正确使用模拟与数字转换器(ADC)
如何正确使用模拟与数字转换器（ADC）模拟与数字转换器（ADC）是现代电子设备中常见的关键技术之一。
它能够将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，并且在各种领域中都有广泛的应用。
本文将介绍如何正确地使用ADC，包括其原理、应用和使用方法。
一、ADC的原理和工作方式ADC是一种将模拟信号转换为数字信号的电子器件。
它通常由一个采样和保持电路和一个模数转换器组成。
首先，采样和保持电路将模拟信号进行采样和保持，然后将采样后的信号传输给模数转换器进行数字转换。
模数转换器将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，其中包括一个时钟信号和一个比较器来完成转换的过程。
二、ADC的应用领域ADC广泛应用于各个领域，包括通信、音频处理、医疗设备、工业自动化等。
在通信领域，ADC用于将模拟的声音信号转换为数字信号，以便进行数字信号处理和传输。
在音频处理领域，ADC用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，以便进行数字音频处理和存储。
在医疗设备领域，ADC用于将生理信号（如心电信号、血氧信号等）转换为数字信号，以便进行医学数据分析和诊断。
在工业自动化领域，ADC用于将模拟传感器信号转换为数字信号，以便进行工业过程监控和控制。
三、使用ADC的注意事项1. 选择合适的ADC型号：根据实际需求选择合适的ADC型号，包括输入范围、分辨率、采样率等参数。
不同的应用场景可能需要不同的ADC性能要求，因此在选择ADC时要根据实际需求进行评估和比较。
2. 确保模拟信号质量：ADC的准确性和性能受到模拟信号质量的影响，因此在使用ADC之前，需要对模拟信号进行滤波、放大和抗干扰处理，以提高模拟信号的质量。
3. 时序和时钟同步：ADC的工作需要一个时钟信号来同步采样和转换过程。
在实际使用中，需要确保ADC的时钟信号与其他模块的时钟信号同步，以避免时序和时钟同步问题导致的误差。
4. 数据处理和校准：ADC输出的数字信号可能存在非线性和偏移等问题，因此在使用ADC的过程中，需要进行数据处理和校准，以提高准确性和稳定性。
实验十DA、AD转换实验报告(一)
实验十DA、AD转换实验报告（一）引言概述:实验十DA、AD转换实验报告（一）本实验报告旨在介绍实验十DA、AD转换的相关内容。
在本次实验中，我们将会学习数字模拟转换和模拟数字转换的原理与方法，并通过实际操作进行验证。
本报告将按照以下五个主要部分进行阐述：（1）实验准备，（2）DA转换原理与方法，（3）AD转换原理与方法，（4）实验步骤与结果，（5）实验总结。
正文内容:1. 实验准备1.1 硬件准备- 数字模拟转换器（DAC）模块- 模拟数字转换器（ADC）模块- 连接电缆1.2 软件准备- 实验十DA、AD转换实验软件2. DA转换原理与方法2.1 DA转换原理- 数字模拟转换器将数字信号转换为模拟电压或电流输出的过程- 通过将数字数据转换为电路中的模拟信号，实现了数字信号到模拟信号的转换2.2 DA转换方法- 标准电压法- 标准电流法- R-2R网络法3. AD转换原理与方法3.1 AD转换原理- 模拟数字转换器将模拟量转换为数字量的过程- 通过将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，实现了模拟信号到数字信号的转换3.2 AD转换方法- 逐次逼近法- 并行比较法- 闪存式转换法4. 实验步骤与结果4.1 实验设置- 连接DAC和ADC模块到电路中- 连接电缆，确保连接正确4.2 实验步骤- 设置DAC模块的输出值- 进行DA转换并记录输出结果- 将模拟信号输入到ADC模块中- 进行AD转换并记录输出结果4.3 实验结果- 实验运行过程中的数据记录与图表展示5. 实验总结5.1 实验心得体会- 通过本次实验，我更深入地了解了DA、AD转换的原理与方法- 实际操作过程中加深了对数字模拟转换和模拟数字转换的理解5.2 实验结果分析- 分析实验得到的数据与图表，验证转换原理与方法的准确性5.3 实验改进与展望- 在后续的实验中，可以进一步探索其他类型的DA、AD 转换器- 可以对实验步骤进行改进，提高实验效果和精确度总结:本实验报告阐述了实验十DA、AD转换的相关内容。
10AD转换器
周期性的变化，故
构成波形发生器。
CP 1 EP ET CP Q3 Q2 Q1 Q 0
74LS161
D3 D2 D1 D 0
C LD RD
1
《数字电子技术基本教程》
例: 设在T型电阻网络中，参考电压VR=6V，RF＝3R， 求1。d3～d0 =1111时，vO＝？ 2。d3～d0 =0001时，vO＝？
VREF 解： vo 4 (d3 23 d 2 22 d1 21 d0 20 ) 2 6 6 15 VO VO max 4 (1 23 1 22 1 21 1 20 ) 5.625 V 2 16
DAC的满刻度输出电压值，位数越多，Vomax越接近VR。
UREF
AD7520
d9 d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0
+
A
uO
《数字电子技术基本教程》
(2)波形发生器
+10V
输出模拟电压
的值随计数器
74LS161的Q3、Q2、 Q1、Q0的变化而发生
-10V
UREF
VDD
RF Iout1 Iout2
AD7520
+
A
uO
d9 d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d 1 d 0 地
7 9 VR ~ VR 0001111 15 15
7 VR 15
15
R
5 7 VR ~ VR 0000111 5 15 15 V
3 5 VR ~ VR 0000011 15 15
3 VR 15 1 3 VR ~ VR 0000001 1 15 15 VR 15 1 0 ~ VR 0000000 15
第十章A／D及D／A转换器
第二级缓冲：WR2 XFER=0 LE2=1
输入R中数据
DAC寄存器中
D/A转换 ： WR 、XFER 的上 升 沿将DAC中的数据琐存，并
开始进行D/A转换
（4）可使用多片0832同时进行D/A转换，以便同时产生 多个摸拟信号送出
DI
DI
CS1
WR1 ILE WR2 XFER
○
○ 0832
○ ○
DI3 6 DI2 7 DI1 8 DI0 9 BYTE1 23 /BYTE2
CS 1 WR1 2
WR1 21 WR2 22
8位输入 锁存器
LE
4位输入 锁存器
LE
12位DAC 存储器
LE
MSB
12位相乘型 D/A转换器
LSB
10 Vref 14 Iout2 13 Iout1
11 Rfb
24 Vcc 3 AGND 24 DGND
±10mV. （4）线性度：当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟 量按比例变化的程度。
线性误差—— 模拟量输出值与理想输出值之间偏离 的最大值。
二.DAC的输入输出特性： DAC（数字模拟变换集成电路）是系统或设备中的一个功能
器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输入输出有不 同的要求， DAC的输入输出特性一般考虑以下几方面： （1）输入缓冲能力：DAC的输入缓冲能力是非常重要的，具有 缓冲能力（数据寄存器）的DAC芯片可直接与CPU或系统总线
求输出有正负变化，则必须使用双极性DAC芯片。
三、D/A转换器与CPU的接口 1、接口的功能（ CPU给DAC送数据无须条件查询） DAC芯片与CPU或系统总线连接时，可从数据总线宽度是
否与DAC位数据匹配、DAC是否具有数据寄存器两个方面来
adc模拟数字转换器 工作原理
adc模拟数字转换器工作原理ADC模拟数字转换器工作原理一、什么是ADC？ADC（Analog-to-Digital Converter）模拟数字转换器是一种电子器件，主要用于将连续变化的模拟信号转换成相应的数字信号。
在许多电子设备中，ADC起着至关重要的作用，如音频设备、通信设备、测量仪器等等。
二、为什么需要模拟数字转换？在现实世界中，许多信号是以连续的形式存在的，例如声音、温度、光线强度等。
然而，人们进行数字信号处理和存储需要将这些连续信号转换成离散的数字信号，这就涉及到模拟数字转换。
ADC的作用就是将模拟信号转换成能够被数字处理器理解和处理的数字信号。
三、ADC工作原理1.采样ADC的第一步是采样，即对模拟信号进行定期的取样。
采样频率决定了模拟信号的离散程度，高采样频率可更精确地表示原始信号。
采样过程中，ADC会采集一连串的模拟值，并将其存储在一个缓冲区中。
2.量化量化是ADC的第二个关键步骤。
在这一步中，采样得到的连续模拟信号将被划分为不同的离散级别。
ADC会将每个采样点映射到最接近的量化级别上，并将结果以数字形式表示。
量化级别的数量称为分辨率，通常用位数来表示。
例如，8位ADC具有256个量化级别，而12位ADC则有4096个量化级别。
3.编码编码是ADC的最后一个步骤。
在这一步中，量化后的数字信号将被转换为二进制代码。
不同的编码方式有不同的实现方法，如二进制补码、二进制反码等。
编码得到的二进制代码可以被数字处理器读取和处理。
四、总结ADC模拟数字转换器的工作原理可以概括为采样、量化和编码三个步骤。
通过这些步骤，ADC能够将连续的模拟信号转换成数字形式，以便数字处理器进行进一步的处理和存储。
在电子设备中，ADC扮演着至关重要的角色，为我们提供了数字信号处理的基础。
五、不同类型的ADCADC有多种不同的类型，每种类型都有其特定的工作原理和适应的应用场景。
1.逐次逼近型ADC（Successive Approximation ADC）逐次逼近型ADC是一种常见的ADC类型，其工作原理是通过逐次比较参考电压和输入电压的大小来进行转换。
什么是模拟数字转换器如何选择合适的模拟数字转换器
什么是模拟数字转换器如何选择合适的模拟数字转换器什么是模拟数字转换器如何选择合适的模拟数字转换器模拟数字转换器（ADC）是一种电子设备，用于将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。
ADC在各种应用中起着至关重要的作用，比如音频处理、传感器测量、通信系统等。
选择合适的ADC对于确保系统性能和信号质量至关重要。
本文将介绍什么是模拟数字转换器以及如何选择合适的模拟数字转换器。
一、什么是模拟数字转换器（ADC）模拟数字转换器（ADC）是一种电子设备，主要用于将连续而实时的模拟信号转换成一系列二进制数据，也就是数字信号。
在各种电子设备中，我们常常需要将模拟信号转换为数字信号进行处理。
ADC的出现使得数字信号的处理更加容易且高效。
二、模拟数字转换器的工作原理模拟数字转换器的工作原理是通过采样和量化两个关键步骤实现的。
1. 采样：采样是指对模拟信号进行间隔性的测量和记录。
模拟信号是连续的，在采样过程中，选择一定的时间间隔对信号进行测量。
采样率的选择非常重要，过高或过低的采样率都会影响信号的重建精度和保真度。
2. 量化：量化是指对采样后的模拟信号进行离散级别的表示。
量化的级别越高，数字信号的表示就越精确。
ADC将采样后的信号转换为一个个离散的数字值，这些数字值可以被计算机和其他数字系统进行处理。
三、如何选择合适的模拟数字转换器选择合适的模拟数字转换器对于系统性能和信号质量至关重要。
以下是一些选择合适ADC的要点：1. 分辨率：ADC的分辨率是指它可以产生的不同数字级别的数量。
分辨率越高，信号的细节信息就能被更准确地表示。
选择合适的分辨率需要考虑信号的动态范围以及所需的精度。
2. 采样率：采样率是指ADC在一秒钟内对信号进行多少次采样。
对于需要准确重建信号的应用，选择足够高的采样率非常关键。
一般来说，采样率至少是信号频率的2倍，这样才能避免信号混叠。
3. 输入范围：输入范围是指ADC可以接收的模拟信号的振幅范围。
对于需要处理不同振幅的信号的应用，选择适合的输入范围非常重要。
AVR事无巨细系列十,片内ADC
ADMUX=0xe0;
//内部参考电源 2.56V，输出数据左对齐，PA0 输入通
道
SFIOR=0;
//自由连续转换
/*使能 ADC，开始转换，允许自动转换，允许 ADC 中断，128 分频*/
ADCSRA=0xef; sei();
//允许全局中断
}
作者：LOSINGAMONG
ADC 上阵
E-mail:Losingamong@
display(2,ge);
/*显示转换结果，最低位*/
}
void readbyte(void)
//读取转换字节函数
{
uchar byte;
byte=ADCH; bai=byte/100; shi=byte%100/10; ge=byte%10; } /*以下为一系列数码管显示函数*/ void HC595send(uchar x) { uchar n,temp; for(n=0;n<8;n++) {
} x<<=1; } } void HC595store(void) { PORTB|=(1<<PB4);
PORTB&=~(1<<PB4);
} void HC595shift(void) {
PORTB|=(1<<PB7); PORTB&=~(1<<PB7); } void display(uchar pos,uchar dat) { HC595send(LedPos[pos]); HC595send( LedData[dat]); HC595store(); } /*以上为一系列数码管显示函数*/ 挑几点特别的来说： 1、要注意设置 ADC 的输入通道 PA0 为输入方向，内部上拉电阻无效，IO 呈高阻 态，（具体见程序）。这样的抗干扰性比较好，从 PA0 管脚可以比较准确的反映 ADC 真 实转换值。 2、转换结果保存在 ADCH 和 ADCL 中，因为是 10 位的二进制转换结果（10 位精度），
第10章 模拟数字转换器ADC
表示所采集的样值。采样时间间隔为 TS ，采样频率为
fS=1/TS ， fA 为正弦信号的频率。如果已得到采样值，是 否可能按采集的样值恢复原来的波形呢？ • 从给定的一组采样值中得到两种不同频率的正弦波称作 混叠（alias）。混叠将导致模糊。 • 由上述分析得出结论：若不发生混叠，采样频率不能小 于正弦波频率的2倍，而要不失真地恢复正弦信号，采样 频率必须大于正弦波频率的2倍。
当运放的主极点在 ，第二极点在GB附近时，传递函数
对输入的单位幅度阶跃变化，输出电压相应：
定义误差为： 因为： 建立误差±0.5LSB的时间为： 对10位的ADC的采样电路，1MHz带宽，建立时间为2.473us
孔径抖动(Aperture jitter)：表征对时钟精度的度量
若正弦信号
，则最大斜率等于
逐次逼近过程
1、从MSB位开始一直到LSB位； 2、假设MSB位为1； 3、给DAC输入一个数字码字1000…； 4、比较DAC的输出和被采样的模拟输入电压； 5、如果DAC的输出值更大，则假设的MSB位为1成立；如果 DAC输出值更小，则MSB位为0； 6、对下一位MSB重复上面的过程。
带有移位寄存器控制的5位逐次逼近ADC
比较器延时近似相等的3位内插式ADC
多位流水线ADC
采用多个周期完成转换
带有余量放大、每级K位流水式ADC的第i级电路
例：一个3级，每级3位的流水式ADC的工作过程
一个9位的ADC只需21个比较器，两个增益为8的放大器。 转换周期是三个时钟周期，但数据转换速率没有减小。 对放大器的带宽要求高。
例题
ADC的动态参数：比较器、采样保持电路、寄生电容和数字 逻辑的延迟。 采样保持时间td为 必须保持采样方式 的时间。 建立时间为ts为输出 电平稳定在采样电平 附近的一定精度范围内。
adc模数转换过程
adc模数转换过程（实用版）目录1.ADC 的定义与作用2.ADC 的模数转换过程3.ADC 的分类与主要技术参数4.ADC 的应用领域正文1.ADC 的定义与作用ADC，即模拟 - 数字转换器（Analog-to-Digital Converter），是一种将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的设备。
它在各类电子设备和系统中具有广泛的应用，如通信、计算机、仪器仪表等。
通过 ADC，可以将实际世界的模拟信号转换为数字信号，为数字系统处理提供方便。
2.ADC 的模数转换过程ADC 的模数转换过程主要分为以下几个步骤：（1）采样：根据奈奎斯特定理，采样频率必须大于信号带宽的 2 倍，以保证信号的完整性。
采样过程中，将高速变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
（2）量化：采样后的数字信号需要进行量化，即将数字信号转换为二进制数字序列。
量化的过程通常是通过比较信号与量化框框来进行的，量化框框可以根据信号幅度的大小来确定数字信号的值。
（3）编码：量化后的数字信号需要进行编码，以便存储和传输。
常用的编码方式有努塞尔编码、韦弗编码等。
3.ADC 的分类与主要技术参数根据工作原理和输入输出信号的特点，ADC 可以分为以下几类：（1）闪存 ADC：具有高速转换、低功耗的特点，适用于对实时性要求较高的应用。
（2）串行输出 ADC：具有高速、低噪声的特点，适用于对分辨率要求较高的应用。
（3）并行输出 ADC：具有高精度、高速度的特点，适用于对多路信号同时处理的应用。
ADC 的主要技术参数包括：分辨率、采样速率、输入范围、输出码数、噪声等。
4.ADC 的应用领域ADC 广泛应用于各种电子设备和系统中，如：（1）通信系统：在数字通信中，需要将模拟信号转换为数字信号进行处理和传输。
（2）计算机系统：在计算机中，需要将模拟信号（如声音、图像等）转换为数字信号进行处理和存储。
模数转换器（ADC）的基本原理【转】
模数转换器（ADC）的基本原理【转】模数转换器(ADC)的基本原理模拟信号转换为数字信号,⼀般分为四个步骤进⾏,即取样、保持、量化和编码。
前两个步骤在取样-保持电路中完成,后两步骤则在ADC中完成。
常⽤的ADC有积分型、逐次逼近型、并⾏⽐较型/串并⾏型、Σ -Δ调制型、电容阵列逐次⽐较型及压频变换型。
下⾯简要介绍常⽤的⼏种类型的基本原理及特点:1 积分型(如TLC7135) 。
积分型ADC⼯作原理是将输⼊电压转换成时间或频率,然后由定时器/计数器获得数字值。
其优点是⽤简单电路就能获得⾼分辨率,但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。
初期的单⽚ADC⼤多采⽤积分型,现在逐次⽐较型已逐步成为主流。
双积分是⼀种常⽤的AD 转换技术,具有精度⾼,抗⼲扰能⼒强等优点。
但⾼精度的双积分AD芯⽚,价格较贵,增加了单⽚机系统的成本。
2 逐次逼近型(如TLC0831) 。
逐次逼近型AD由⼀个⽐较器和DA转换器通过逐次⽐较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每⼀位将输⼊电压与内置DA转换器输出进⾏⽐较,经n次⽐较⽽输出数字值。
其电路规模属于中等。
其优点是速度较⾼、功耗低,在低分辨率( < 12位)时价格便宜,但⾼精度( > 12位)时价格很⾼。
3 并⾏⽐较型/串并⾏⽐较型(如TLC5510) 。
并⾏⽐较型AD采⽤多个⽐较器,仅作⼀次⽐较⽽实⾏转换,⼜称FLash型。
由于转换速率极⾼, n位的转换需要2n - 1个⽐较器,因此电路规模也极⼤,价格也⾼,只适⽤于视频AD 转换器等速度特别⾼的领域。
串并⾏⽐较型AD结构上介于并⾏型和逐次⽐较型之间,最典型的是由2个n /2位的并⾏型AD转换器配合DA转换器组成,⽤两次⽐较实⾏转换,所以称为Halfflash型。
4 Σ-Δ调制型(如AD7701) 。
Σ- Δ型ADC以很低的采样分辨率( 1位)和很⾼的采样速率将模拟信号数字化,通过使⽤过采样、噪声整形和数字滤波等⽅法增加有效分辨率,然后对ADC输出进⾏采样抽取处理以降低有效采样速率。
adc数模转换原理
adc数模转换原理ADC数模转换原理是指模拟-数字转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号的技术原理。
在现代电子技术中，ADC被广泛应用于各种领域，比如通信、测量仪器、移动设备等。
本文将详细介绍ADC 数模转换原理，包括其工作原理、分类、应用以及相关技术发展等方面。
一、工作原理ADC数模转换原理的核心是模拟信号的采样和量化。
采样是指将连续的模拟信号在一定时间间隔内进行离散化处理，即在一段时间内对信号进行采样并记录采样值。
量化是指将采样得到的模拟信号值转换为离散的数字信号值。
ADC通过这两个过程将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，实现模拟信号的数字化处理。
ADC的工作流程如下：首先，模拟信号通过采样电路进行采样，采样电路可以是简单的电阻分压电路或者是更复杂的采样保持电路。
然后，采样得到的模拟信号通过量化电路进行量化，量化电路将连续的模拟信号离散化为一系列离散的数字信号值。
最后，通过编码电路将量化后的数字信号转换为二进制码，输出给数字系统进行处理。
二、分类根据采样方式的不同，ADC可以分为两类：间断采样和连续采样。
间断采样是指在一段时间内进行有限次的采样，然后将采样得到的值进行处理；连续采样是指在无限小的时间间隔内进行连续的采样，然后将连续的信号进行处理，得到离散的数字信号。
根据量化方式的不同，ADC可以分为两类：线性量化和非线性量化。
线性量化是指将模拟信号的幅度等分为若干个离散的电平，然后将每个电平对应的模拟信号值量化为相应的数字信号值；非线性量化是指根据信号的特性进行非线性量化，如压缩量化、乘法量化等。
三、应用ADC广泛应用于各个领域，其中最常见的应用是在通信系统中。
在通信系统中，模拟信号需要被转换为数字信号进行处理和传输。
比如，手机上的麦克风采集到的声音信号需要经过ADC转换为数字信号，然后通过通信系统传输给接收方，接收方再通过数字-模拟转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号，最终恢复为声音。
第10章DA和AD转换技术
§1 D/A转换与D/A转换接口 D/A转换与D/A转换接口 转换与D/A
D/A转换器的性能指标 一、D/A转换器的性能指标 1、分辨率 分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量, D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量 分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量,取 决于输入数字量的二进制位数。一个n位的DAC DAC所能分辨的 决于输入数字量的二进制位数。一个n位的DAC所能分辨的 最小电压增量定义为满量程值的2 最小电压增量定义为满量程值的2-n倍。 例如：满量程为10V DAC分辨率为10V× =39mv； 分辨率为10V 例如：满量程为10V 的8位 DAC分辨率为10V×2-8=39mv； 一个同样量程的16 DAC的分辨率高达10V× 16位 的分辨率高达10V 一个同样量程的16位DAC的分辨率高达10V×2-16=153uV 2、转换精度 转换精度和分辨率是两个不同的概念。 转换精度和分辨率是两个不同的概念。转换精 度是指满量程时DAC DAC的实际模拟输出值和理论值的接 度是指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接 近程度。 近程度。
②三角波程序 三角波由线性下降段和线性上升段组成，相应程序为： 三角波由线性下降段和线性上升段组成，相应程序为： ORG 1000H START: CLR A MOV R0 , #0FEH DOWN: MOVX @R0 , A ；线性下降段 INC A JNZ DOWN 若未完，则转DOWN ；若未完，则转 MOV A , #0FEH UP: MOVX @R0 , A ；线性上升段 DEC A JNZ UP 若未完， ；若未完，则UP SJMP DOWN 若已完， ；若已完，则循环 END
3、分辨率：转换器所能分辨的被测量的最小值。实 分辨率：转换器所能分辨的被测量的最小值。 际上分辨率就等于1LSB=1/2 满刻度值，其中n 际上分辨率就等于1LSB=1/2n×满刻度值，其中n为 A/D转换器的位数 分辨率通常用位数表示， 转换器的位数， A/D转换器的位数，分辨率通常用位数表示，如8位、 10位 12位等 例如对于一个10 位等。 10位转换器的分辨率 10位、12位等。例如对于一个10位转换器的分辨率 1/1024，显然，位数越多，分辨率就越高。 为1/1024，显然，位数越多，分辨率就越高。 4、量程： 指转换器的满刻度范围，亦即最大和最小 量程： 指转换器的满刻度范围， 模拟值之差 5、转换时间和转换率：完成一次A/D转换所需的时间。 转换时间和转换率：完成一次A/D转换所需的时间。 A/D转换所需的时间 转换率就是转换时间的倒数。 转换率就是转换时间的倒数。
混合信号电路设计与模拟数字转换器(ADC)技术
02
模拟数字转换器(ADC)技术概述
ADC的基本原理与分类
ADC的基本原理
模拟数字转换器（ADC）是一种将模拟信号转换为数字信号 的电子设备。它通过采样、量化和编码三个步骤将连续的模 拟信号转换为离散的数字信号。
ADC的分类
根据工作原理和应用场景，ADC可以分为多种类型，如并行 ADC、逐次逼近型ADC、计数型ADC和电压频率转换型ADC 等。
编码器
将比较器的输出转换为二 进制码。
数字滤波器
对二进制码进行滤波处理 ，以减小量化噪声。
ADC的输出电路设计
缓冲器
用于隔离ADC和后级数字电路，减小对ADC性能的影响。
数字信号处理器
用于处理ADC的输出，进行数字滤波、校正等处理。
并行/串行接口
用于将ADC的输出与其他数字系统进行连接。
04
ADC的校准与测试技术
THANKS
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混合信号电路的应用领域
总结词
混合信号电路广泛应用于通信、音频处理、图像处理、医疗电子等领域。
详细描述
在通信领域，混合信号电路被用于调制解调、滤波和信号处理等方面。在音频处理领域，用于音频信号的采集、 处理和播放。在图像处理领域，用于图像的采集、传输和处理。在医疗电子领域，用于医疗设备的信号采集和数 据处理。
03
ADC的电路设计
ADC的输入电路设计
缓冲器
用于隔离ADC和前级电路，减小对ADC性能的影 响。
采样保持电路
用于在特定时间点捕获模拟信号，保持信号稳定 ，以便进行转换。
抗混叠滤波器
用于去除高于转换速率一半的信号频率，防止混 叠效应。
ADC的转换电路设计
01
02
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例：一个2级，每级2位的流水线ADC对放大器精度的要求 假设：VREF=1V，理想时k=4
第2个ADC的输入为： ，该电压在k=4时 记为v’in(2)，则两者之差必小于±1/8，否则LSB将产生误差。
如果k=4+ k，
，
一个2级、每级2位的流水式ADC的子区间化过程图解，数字 输出码字为0110
（fs 图 •=2 图 9-8(e) f 9-8(a) max 、 ）， 、 (f)(b) 中，采样频率小于正弦波频率的 (c) 中的采样频率大于正弦波频率的 中所采集的样值全为0，(d)中的样值可以画 2倍，通过样值 2倍，通过样值 出无数正弦波，不能完全再现已确定的一个正弦波。 可以绘出与原正弦波频率不同的新的波形。 绘出的正弦曲线只有一条，即可以恢复原波形。
xk-x00MS/s
运算DC的流水式实现
例题
迭代运算ADC的实现
中速ADC小结
高速ADC
全并行ADC：速度快，一个 周期完成。前半周期对输入 采样并输入到比较器，后半 周期进行数字编码。 所需比较器数目多，功耗大 比较器数目为：2N-1； 并联寄生电容大，可在输入 加S/H电路，或采用时钟比较器。 对CMOS电路，6位ADC的最快 的采样频率>1GHz
总体版图
经过版图设计，DRC,LVS验证，整体系统的版图 拼接完成（面积0.7*0.5mm2)
小结
以D/A来实现A/D逐次逼近 • 需要N次D/A和比较实现1次N位A/D转换 • 精度主要由DAC决定 • 无运放，低电压、低功耗 • 深亚微米CMOS工艺下很有发展潜力的结构 • 超低功耗，高速转换是研究热点 – 异步时序控制 可实现性能 8-16 bit
3位ADC的理想输入输出特性
理想台阶发生在 ０.５LSB(2i-1)
量化噪声是无限精度 特性和理想ADC输出 间的差值。 图中，量化噪声在 ±0.5LSB之间。
ADC的静态特性
失调误差：水平移动无限精度特性，使量化噪声均匀分布， 这条线和过原点的无限精度特性的水平偏差。 增益误差：消除失调误差的实际和无限精度特性的满刻度水 平偏差。
当运放的主极点在 ，第二极点在GB附近时，传递函数
对输入的单位幅度阶跃变化，输出电压相应：
定义误差为： 因为： 建立误差±0.5LSB的时间为： 对10位的ADC的采样电路，1MHz带宽，建立时间为2.473us
孔径抖动(Aperture jitter)：表征对时钟精度的度量
若正弦信号
，则最大斜率等于
比较器延时近似相等的3位内插式ADC
多位流水线ADC
采用多个周期完成转换
带有余量放大、每级K位流水式ADC的第i级电路
例：一个3级，每级3位的流水式ADC的工作过程
一个9位的ADC只需21个比较器，两个增益为8的放大器。 转换周期是三个时钟周期，但数据转换速率没有减小。 对放大器的带宽要求高。
高速ADC的比较
现有的ADC在分辨率和转换速度上的比较
现有的ADC在功耗和转换速度上的比较
ADC 新的挑战
例题
采用串行电荷再分配DAC的逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC的转换采样模拟输入电压(13/16)VREF的 过程示意图
实训SAR ADC 的性能指标与结构
1.分辨率：A/D转换的位宽 4位 2.精度：
ENOB SNDR 1.76 6.02
3.无杂散动态范围（SFDR)： 4.采样率: 1.3MHZ 5.输入范围:0.75V~5V 6.功耗：789uw (vdd=5v,i=157uA) 7.电源电压：4V~6V 8.芯片面积：0.8*0.5mm2 9.工艺：0.5um
表示所采集的样值。采样时间间隔为 TS ，采样频率为
fS=1/TS ， fA 为正弦信号的频率。如果已得到采样值，是 否可能按采集的样值恢复原来的波形呢？ • 从给定的一组采样值中得到两种不同频率的正弦波称作 混叠（alias）。混叠将导致模糊。 • 由上述分析得出结论：若不发生混叠，采样频率不能小 于正弦波频率的2倍，而要不失真地恢复正弦信号，采样 频率必须大于正弦波频率的2倍。
4、在NREF计数结束时，计数器的进位输出被送到开关2，并使 -VREF被送到正积分器。在t1+t2时刻，积分器的电压是： 5、解出Nout的大小为： 注意：在最坏情况下的转换时间长达2(2N)T; 转换过程和Vth和K无关；
中速ADC
逐次逼近型
流水运算型
逐次逼近ADC
包括一个比较器、一个DAC和数字逻辑控制电路。数字 逻辑的作用是根据比较器的输出，顺序地决定每一位的 的值。 特点：中等精度、数字电路复杂。
3位并行ADC
划分量化电平的两种方法
比较器失调对ADC性能的影响
比较器1从0到1：Vin(1)>VR1-VOS1 比较器2从0到1：Vin(2)>VR2-VOS2 若Vin(2)<Vin(1)，则发生误码 因此，
例题
小结
全并行操作，转换速率最高
单步转换，延时最小 • 适合于低分辨率转换器
• 面积、功耗、输入电容
双斜率ADC的结构框图
双斜率ADC的波形vin’’’>vin’’>vin’
双斜率串行ADC原理图
工作过程
1、首先，vint=0，输入vin被采样并被保持(vin*>0)； 2、从复位正积分器开始，对一个电压进行积分直到等于比较器 的阈值电压Vth； 3、 开关1闭合，vin*在NREF个时钟周期内进行积分，得到：
采样保持电路类型：无反馈——较快，精度低 反 馈——以牺牲速度换取精度
(a)开环缓冲S/H电路
(b)工作波形图
单位增益缓冲器的特点：速度快，开环；需要输入电流对采 样电容充电；运放的失调、开关的电荷注入和电钟馈通影响 精度。 单位增益缓冲器的一个动态限制是运放的建立时间。
单位增益缓冲器的建立时间
频域表示
(a)模拟信号的连续时间频率响应 (b)数据采样的等效频率响应 (c)fB大于0.5fS的情况下引起混叠 (d)采用抗混叠滤波器来避免混叠
采样保持电路
• 当输入频率比较高，采样保持电路由采样 开关T、存储信息的电容C和缓冲放大器A等 几个部分组成。
ADC结构的分类
ADC的输入带宽比０.５fs小得多，则被称为过采样ADC
模数转换器
• 10.4 –模数转换器简介及特性 • 10.5 –串行模数转换器 • 10.6 –中速模数转换器 • 10.7 –高速模数转换器
10.4–模数转换器简介及特性
ADC的基本框图 Prefilter前置滤波器：避免高频信号在ADC基带内引起混叠 Sample/Hold采样/保持：使输入模拟信号在转换期间保持不变 Quantizer量化器：找出被采样的相应模拟信号所在的子区间 Encoder编码器：相应子区间的数字编码
• 雷达系统——射频采样 • 可实现性能 3-8 bit M - GS/S 电路非理想因素限制精度 主要电路技术 • 失调抵消、插值平均
内插ADC
减小与输入端相连的比较器或放大器的个数， 比较器不需要高的ICMR 输入电容减小，速度 提高 比较器数目没有下降，但 可用简单的比较器，功耗 下降。 放大器到比较大的延时 不同，因为电阻值不同。 内插因数为4的3位内插式ADC
3位ADC的INL和DNL
ADC的单调性
当垂直阶跃为负值时，ADC 会出现非单调性。 非单调性用DNL测量。 非单调性通常出现在MSB的 精度不够时，0111...→1000... 因为MSB必须有±0.5LSB的 精度。
3位ADC非单调的例子 ADC的动态范围、信噪比、有效位数的定义和DAC的相 同，但是上述参数在ADC中和数字输出编码有关。
。
噪声的均方根值为：
例：
在输入输出测试中，若输入使用纯正弦波，任何非线性误差 均表现为谐波失真。因此可用频谱分析方法测试ADC的动态 范围。
要求：正弦波的非线性失真≥6N；DAC的精度高2位。 其它方法：FFT测试(SNR)；直方图(INL/DNL)、正弦曲线 拟和测试(ENOB)；拍频测试(动态定性测试)
(a)3位ADC失调误差的例子
(b)3位ADC增益误差的例子
ADC的积分非线性INL：实际与理想有限精度特性曲线在垂直 方向上的最大偏差。 ADC的微分非线性DNL：每个垂直台阶上测量的相邻编码之间 的距离，以LSB或百分比为单位。
微分非线性可以写为：
其中，Dcx是以LSB为 单位的实际垂直台阶的 尺寸。
v fS >>2fA v (a) fS >2fA v (b) fS =2fA (f) v (e) fS <<2fA v (d) fS <2fA v fS =2fA
(c)
图9-8 正弦波的采样方式 ,采样频率为fS,正弦波频率为 fA 2012-12-19 3 东北大学信息学院
采样与保持
• 不同频率的正弦信号用相同的频率进行采样，垂直线段
逐次逼近过程
1、从MSB位开始一直到LSB位； 2、假设MSB位为1； 3、给DAC输入一个数字码字1000…； 4、比较DAC的输出和被采样的模拟输入电压； 5、如果DAC的输出值更大，则假设的MSB位为1成立；如果 DAC输出值更小，则MSB位为0； 6、对下一位MSB重复上面的过程。
带有移位寄存器控制的5位逐次逼近ADC
例题
ADC的动态参数：比较器、采样保持电路、寄生电容和数字 逻辑的延迟。 采样保持时间td为 必须保持采样方式 的时间。 建立时间为ts为输出 电平稳定在采样电平 附近的一定精度范围内。
采样保持电路的波形 最大采样率：
最小采样保持时间：Tsample=ta+ts
孔径时间(aperture time)：采样到保持状态时，采样开关打开 的时间。
ADC的输入输出测试
输入输出结构： 输出对输入直流扫描的 相应曲线。 可测试失调误差、增益 误差、INL、DNL