模数转换器全解
模数转换器工作原理、类型及主要技术指标
模数转换器工作原理、类型及主要技术指标模数转换器(Analog to Digital Converter，简称A/D转换器，或ADC)，通常是将模拟信号转变为数字信号。
作为模拟电路中重要的元器件，本文将会介绍模数转换器的原理、分类及技术指标等基础知识。
ADC的发展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，利用数字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和传送的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换成电信号的模拟量后，需经模/数转换变成数字信号才可输入到数字系统中进行处理和控制，因而作为把模拟电量转换成数字量输出的接口电路-A/D转换器是现实世界中模拟信号向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶所在。
自电子管A/D转换器面世以来，经历了分立半导体、集成电路数据转换器的发展历程。
在集成技术中，又发展了模块、混合和单片机集成数据转换器技术。
在这一历程中，工艺制作技术都得到了很大改进。
单片集成电路的工艺技术主要有双极工艺、CMOS工艺以及双极和CMOS相结合的BiCMOS工艺。
模块、混合和单片集成转换器齐头发展，互相发挥优势，互相弥补不足，开发了适用不同应用要求的A/D和D/A转换器。
近年来转换器产品已达数千种。
ADC原理D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量，以电压或电流的形式输出。
模数转换一般要经过采样、保持和量化、编码这几个步骤。
ADC的主要类型目前有多种类型的ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC，也有近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC，多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。
低功耗、高速、高分辨率是新型的ADC的发展方向，同时ADC的这一发展方向将适应现代数字电子技术的发展。
并行比较ADC并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器，采样速率在1GSPS以上，通常称为“闪烁式”ADC。
模数转换器(ADC)设计及工作原理原理、分类解析
模数转换器（ADC）设计及工作原理、分类解析在仪器仪表系统中，常常需要将检测到的连续变化的模拟量如：温度、压力、流量、速度、光强等转变成离散的数字量，才能输入到计算机中进行处理。
这些模拟量经过传感器转变成电信号（一般为电压信号），经过放大器放大后，就需要经过一定的处理变成数字量。
实现模拟量到数字量转变的设备通常称为模数转换器（ADC），简称A/D。
通常情况下，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。
取样是将随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量。
取样过程示意图如图1所示。
图（a）为取样电路结构，其中，传输门受取样信号S(t)控制，在S(t)的脉宽τ期间，传输门导通，输出信号vO(t)为输入信号v1,而在（Ts-τ）期间，传输门关闭，输出信号vO(t)=0。
电路中各信号波形如图（b）所示。
图1 取样电路结构(a)图1 取样电路中的信号波形(b)通过分析可以看到，取样信号S(t)的频率愈高，所取得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。
但带来的问题是数据量增大，为保证有合适的取样频率，它必须满足取样定理。
取样定理：设取样信号S(t)的频率为fs，输入模拟信号v1(t)的最高频率分量的频率为fimax，则fs与fimax必须满足下面的关系fs ≥2fimax，工程上一般取fs>(3～5)fimax。
将取样电路每次取得的模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定值，每次取得的模拟信号必须通过保持电路保持一段时间。
取样与保持过程往往是通过取样-保持电路同时完成的。
取样-保持电路的原理图及输出波形如图2所示。
图2 取样-保持电路原理图图2 取样-保持电路波形图电路由输入放大器A1、输出放大器A2、保持电容CH和开关驱动电路组成。
电路中要求A1具有很高的输入阻抗，以减少对输入信号源的影响。
为使保持阶段CH上所存电荷不易泄放，A2也应具有较高输入阻抗，A2还应具有低的输出阻抗，这样可以提高电路的带负载能力。
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。
模数转换器的原理
模数转换器的原理
模数转换器是一种将模拟信号转换为数字信号的设备，其原
理包括采样和量化两个步骤。
采样是指按照一定的时间间隔对模拟信号进行离散化处理，
取样频率决定了数字化的精度。
在采样过程中，模数转换器将
模拟信号在每个采样点上进行测量，并将测量结果保留为数字
形式。
量化是指将采样得到的模拟信号测量结果转换为离散的数字
数值。
量化过程将模拟信号的幅值映射到一个离散的数值集合上，这个数值集合被称为量化级别。
模数转换器根据量化级别
对采样得到的模拟信号进行量化，并将其表示为相应的数字码。
模数转换器的核心是一个模数转换器（ADC）和一个数模转
换器（DAC）。
ADC将模拟信号转换为数字信号。
当输入的模拟信号进入ADC时，首先会经过一个采样保持电路，它的作用是将模拟信
号的幅值进行保持，以便之后进行采样和量化。
接下来，采样
保持电路将保持的模拟信号进行采样，并将每个采样点的幅值
转换为数字形式。
最后，ADC对采样得到的模拟信号进行量化，将其表示为数字码。
DAC则将数字信号转换为模拟信号。
DAC接收由ADC产生的数字码，并将其还原为模拟信号。
DAC首先将数字码转换为
相应的模拟电压，并经过一个重构滤波器以消除数字到模拟转
换过程中的噪声和失真。
最后，重构滤波器输出的模拟信号经
过放大器放大，得到最终的模拟输出信号。
总体而言，模数转换器通过采样和量化的过程将模拟信号转
换为数字信号，并通过数模转换器将数字信号还原为模拟信号。
这样可以实现模拟信号的数字化处理和传输。
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。
数模模数转换器介绍课件
通信领域
数字信号处 理：用于信 号的采集、 处理和传输
01
移动通信：用 于手机、基站 等设备的信号 转换和传输
03
02
04
通信网络： 用于网络设 备的信号转 换和传输
卫星通信：用 于卫星通信设 备的信号转换 和传输
测量与控制领域
01
工业自动化：用于生产过程的控制和监测
02
实验室仪器：用于测量和分析各种物理量
数模模数转换 器介绍课件
目录
01. 数模模数转换器概述 02. 数模模数转换器的工作原理 03. 数模模数转换器的应用领域 04. 数模模数转换器的发展趋势
1
数模模数转 换器概述
数模模数转换器的定义
数模模数转换器是一种将模拟信号转换为数 字信号的设备。
它的主要功能是将模拟信号进行采样、量化 和编码，生成数字信号。 NhomakorabeaD
转换精度和速度是数模 转换器的重要指标
数模模数转换器的结构
输入信号： 模拟信号
采样保持电路： 将模拟信号转 换为数字信号
量化器：将数 字信号转换为 二进制数字信 号
编码器：将二 进制数字信号 转换为数字信 号
输出信号： 数字信号
解码器：将数 字信号转换为 二进制数字信 号
保持器：将二 进制数字信号 转换为数字信 号
03
医疗设备：用于医疗诊断和治疗设备的数据采集和控制
04
航空航天：用于飞行器的姿态控制和导航系统
4
数模模数转换 器的发展趋势
高精度、高速度
高精度：随着技术的发展， 数模模数转换器的精度不 断提高，可以满足更高要 求的应用需求。
低功耗：随着技术的发展， 数模模数转换器的功耗不 断降低，可以满足更低功 耗的应用需求。
模数转换器的工作原理与分类特点详解
模数转换器的工作原理与分类特点详解
前言：模数转换器也是转换器的一种类型，大家是否有使用过呢？模数转换器的功能是什么呢？又是如何发挥这些功能的呢？下面就让小编来给大家介绍一下模数转换器的工作原理。
模数转换器工作原理模数转换器即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把经过与标准量比较处理后的模拟量转换成以二进制数值表示的离散信号的转换器。
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。
模数转换器分类模数转换器的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接ADC和直接ADC。
间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，常用的有双积分型ADC。
直接ADC则直接转换成数字量，常用的有并联比较型ADC和逐次逼近型ADC。
并联比较型ADC：采用各量级同时并行比较，各位输出码也是同时并行产生，所以转换速度快。
并联比较型ADC的缺点是成本高、功耗大。
逐次逼近型ADC：它产生一系列比较电压VR，但它是逐个产生比较电压，逐次与输入电压分别比较，以逐渐逼近的方式进行模数转换的。
它比并联比较型ADC的转换速度慢，比双分积型ADC要快得多，属于中速ADC器件。
双积分型ADC：它先对输入采样电压和基准电压进行两次积分，获得与采样电压平均值成正比的时间间隔，同时用计数器对标准时钟脉冲计数。
它的。
模数转换器基本原理及常见结构
2、转换误差 a) 零点（失调）误差 输入数字量D为0，输出模拟量A不为零。
b）零点(失调)温度系数
单位温度变化时，DAC输出零点产生的漂 移量。
OUT
4 3
2
1 漂移 O Din
图8.1.9
DAC的零点和增益温度漂移
c）增益误差 实际输出特性曲线斜率与理想输出特性曲 线斜率之比:A实际/A理想。
第8章 数模和模数转换器 本次课内容
1、数模和模数转换器基本概念； 2、DAC的转换原理； 3、DAC基本术语、主要性能参数； 4、数模转换器的基本应用。
§8.1 概述 模拟信号(Analog Signal)：时间和幅度 均连续变化的信号。 数字信号(Digital Signal)：时间和幅度 离散且按一定方式编码后的脉冲信号。
3、DAC转换速度的选择 根据具体应用系统要求确定合适的转换 速度选择（满足指标要求即可）。
二、DAC的调整
输出电压 单极性DAC 0～FS [VR(1-2-n)] 双极性DAC －FSR/2～FSR/2
输入全0时，调 输入全0时，调整 调整方法 整Vo=0。 Vo=－FSR/2 ； 先调零点 输入全1时，调 输入全1时，调整 再调增益 整Vo=FS。 Vo=FSR/2 。
I0
-A +
2.4kΩ
(a) DAC输出为双极性的调整电路
(b) DAC输出为单极性的调整电路
图(a)：输入全0并调W1，使Vo=－5.0000V； 再输入全1，调W2，使Vo= 4.9976V。 图(b)：电路调整方法基本相同。
注意：具体芯片调整电路参考相关资料！
三、DAC的功能扩展
1、单极性DAC扩展为双极性电压输出
§8.4.1 DAC的应用知识
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。
模数转换器原理介绍
模数转换器原理介绍在采样阶段，模数转换器以一定的时间间隔对模拟信号进行采样。
通常，采样频率应满足奈奎斯特采样定理，即至少为信号频率的2倍。
采样过程可以看作是将连续的模拟信号转换为离散的样本点。
采样频率越高，转换精度越高。
同时，采样定理的条件还要求采样器的带宽应满足信号频率的要求，以避免抽样失真。
在量化阶段，采样得到的样本点被映射到一系列离散的可取值中。
量化器会根据一定的分辨率将采样点的幅度映射到相应的数字值上。
常见的量化方法包括线性量化和非线性量化。
线性量化将采样点按一定的间隔划分为不同的幅度区域，并将采样点映射到具体的区域中心值上。
而非线性量化则可以根据信号的动态范围进行更加灵活的映射，以提高转换的动态范围。
完成采样和量化后，模数转换器的输出就是一系列数字值。
这些数字值可以在数码显示器上显示出来，也可以通过数字输出端口发送到其他电子系统中进行进一步处理和分析。
模数转换器的性能指标主要包括分辨率、抖动、速度和功耗等。
分辨率是指量化器能够分辨的最小幅度间隔，通常以比特数表示。
抖动则是指转换器输出数字值的不确定性，影响了转换器的准确性和稳定性。
速度指的是转换器每秒能够完成的转换次数，对于高速数据采集和实时处理来说非常重要。
功耗则直接关系到设备的电能消耗和散热问题。
随着科技的进步，模数转换器的技术也在不断发展。
目前，已经出现了许多先进的模数转换器技术，例如增益调整型、互补型、带宽增强型和Σ-Δ型等。
这些新型转换器在分辨率、速度和功耗等方面都有不同程度的提升和改进。
总之，模数转换器是一种将模拟信号转换为数字信号的重要设备，采用采样和量化的原理。
它广泛应用于各个领域，并不断发展和改进，以满足越来越高的要求。
模数转换器全解课件
03 电路设计与实现方法探讨
关键性能指标要求
分辨率
1.A 转换器能够区分的最小模拟信号变化量，通常 以位数表示。
转换速率
1.B 转换器在单位时间内完成模数转换的次数
，通常以每秒采样次数（SPS）表示。
量化误差
1.C 由于模数转换器有限分辨率而引起的误差， 通常以最低有效位（LSB）的分数表示。
偏移误差和增益误差
06 总结回顾与展望未来发展趋势
关键知识点总结回顾
模数转换器的基本原理
将模拟信号转换为数字信号的过程和原理。
模数转换器的性能指标
分辨率、量化误差、采样率、信噪比等关键指标的含义和计算方法 。
模数转换器的应用场景
音频处理、图像处理、通信系统、控制系统等领域中的具体应用。
行业发展趋势预测
01
高精度、高速度模数 转换器的需求增长
噪声干扰
由于电源噪声、电磁干扰等原因导致模数转换器输出数字量出现随机波动。可通过优化电源设计、加强 电磁屏蔽等措施来降低噪声干扰。
故障排查方法和步骤分享
观察法
观察模数转换器的工作状态，检 查电源指示灯、工作指示灯等是 否正常工作，以判断是否存在电 源故障或芯片损坏等问题。
信号注入法
向模数转换器输入端注入已知信 号，观察输出端是否正常响应， 以判断转换器是否正常工作。同 时，可通过改变输入信号的频率 、幅度等参数，进一步检测转换 器的性能。
模数转换器全解课件
目录
• 模数转换器概述 • 模数转换器基本原理 • 电路设计与实现方法探讨 • 测试技术及应用案例分享
目录
• 故障排查与维修策略探讨 • 总结回顾与展望未来发展趋势
01 模数转换器概述
定义与作用
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。
模数转换器基本原理及常见结构
模数转换器基本原理及常见结构采样是将连续的模拟信号在时间上进行离散的过程。
采样是通过一个时钟信号来触发的，时钟信号以一定的频率进行变化。
在每个时钟周期内，模拟信号的幅值被记录下来，形成离散的采样点。
采样定理告诉我们，如果信号的最高频率为f，则采样频率应大于2f，以避免采样误差。
量化是将离散的采样点映射到固定的取值档位上的过程。
量化的目的是将无限多的可能取值映射为有限的离散取值。
这里使用的是一个模拟信号值到数字量值的映射函数。
在量化过程中，通过一个比特宽度来决定映射的离散量级。
比特宽度越宽，精度越高，但需要更大的存储空间和处理能力。
逐次逼近型是一种主流的结构，它逐渐逼近输入信号的幅值。
它包括一个比较器、一个数字-模拟转换器（DAC）和一个查找表。
比较器将输入信号与DAC输出的电压进行比较，然后根据比较结果来调整DAC的输出电压。
通过多次迭代，逐步逼近输入信号的幅值，直到达到所需的精度。
逐次逼近型结构具有高精度和较低的功耗，但速度较慢。
闩锁型结构是另一种常见的模数转换器结构，它基于电容的充电和放电来实现模拟信号到数字信号的转换。
它包括一个电容阵列，一个比较器和一个逻辑电路。
电容阵列通过比较器被连续地充电和放电，直到电压达到比较器的阈值。
然后逻辑电路记录电容阵列中的充电和放电过程，并将其转换为数字信号。
闩锁型结构具有较快的速度和较低的功耗，但由于电容的存在，精度和稳定性有一定的限制。
总之，模数转换器是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的重要设备。
它的基本原理是通过采样和量化来实现信号的离散化。
常见的结构有逐次逼近型和闩锁型，每种结构都有其优势和限制。
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。
数模转换器基本原理及常见结构
二、逐次逼近式ADC
Vf Vi
Next
DAC
D0
比较器
Dn-1
_
比较
Vp
逐次逼近 寄存器
SAR
时钟
输出 寄存器
VR D0
Dn-1
开始前清零!
即完成一次转换需n+1个时钟周期。
第十三页，编辑于星期二：二十一点 十分。
首先，置DN-1＝“1”，若VP =“H”，则保留 DN-1=“1”；否则，DN-1=“0”。
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
输
ADC输
输
输
输
输即n位数字量
第十一页，编辑于星期二：二十一点 十分。
3位并行比较型ADC的转换真值表
Vin
0≤Vin＜1V 1V≤Vin＜2V 2V≤Vin＜3V 3V≤Vin＜4V 4V≤Vin＜5V 5V≤Vin＜6V 6V≤Vin＜7V 7V≤Vin＜8V
其它参数（总谐波失真、互调失真等）自学。
第二十二页，编辑于星期二：二十一点 十分。
二、ADC的转换时间和转换速率
转换时间：从启动ADC转换开始到正确输 出数字信号的一段时间间隔。
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。
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。
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6.2 A／D转换器的主要技术指标
由式（6-1）和式（6-2），可得出A／D转 换器分辨率与位数之间的关系
表6.1 A／D转换器分辨率与位数之间的关系(满量程电压为10V)
位数
8 10 12 14 16
6.2 A／D转换器的主要技术指标
约定：上述定义的模拟输入电压则限定为 量化带中点对应的模拟输入电压值。
例如：一个12位A／D转换器，理论模拟 输入电压为5V时，对应的输出数 码为1。 实际模拟输
入电压在4.997V～4.999V范围内 的都产生这一输出数码，则
绝对 1 （ 4 .9 精 9 4 .9 7 ) 度 9 5 9 0 .0( V 0 ) 2 ( m ) 2
当K<1时，传输特性台阶变宽，模拟输入信号 已超满量程时，数码输出还未达到全 “1”状态。
6.2 A／D转换器的主要技术指标
4. 转换时间和转换速率
转换时间tCONV
转换时间— 按照规定的精度将模拟信号 转换为数字信号并输出所需 要的时间。
转换速率 转换速率— 每秒钟转换的次数。
6.2 A／D转换器的主要技术指标 下面讨论转换时间与转换精度、信号频率的关系。
瞬时值响应的A／D转换器
转换时间取决于所要求的转换精度和 被转换信号的频率。
6.2 A／D转换器的主要技术指标
绝对误差一般在 1 LSB 范围内。
2
相对精度 相对精度— 绝对精度与满量程电压值
之比的百分数。
相 对 精 度 绝 对 精 度 100% FSR
6.2 A／D转换器的主要技术指标
精度和分辨率是两个不同的概念： ① 精度是指转换后所得结果相对于实 际值的准确度； ② 分辨率是指转换器所能分辨的模拟 信号的最小变化值。
6.2 A／D转换器的主要技术指标
5. 偏移误差
偏移误差— 使最低有效位成“ 1 ”状时， 实际输入电压与理论输入电 压之差。
如图6.2所示。
6.2 A／D转换器的主要技术指标
输
出
数
码
111 110
101
100
011
010
001
偏移误差
误 差
理想曲线 实际曲线
Ui
(a)
偏移
Ui
(b)
图6.2 偏移误差
第6章 模／数转换器
6.1 A／D转换器的分类 6.2 A／D转换器的主要技术指标 6.3 逐次逼近式A／D转换器 6.5 单片集成A／D转换器 6.6 如何选择和使用A／D转换器 6.7 A／D转换器与微机的接口
第6章 模／数转换器
6.1 A／D转换器的分类
按速度分：高、中、低 按精度分：高、中、低 分类 按位数分：8、10、12、14、16 按工作原理分
2. 量程
量程— A／D转换器能转换模拟信号的 电压范围。
例如：0～5V，-5V～+5V，0～10V， -10V～+10V。
6.2 A／D转换器的主要技术指标
3. 精度
绝对精度
绝对精度— 对应于输出数码的实际模拟 输入电压与理想模拟输入电 压之差。
存在问题：在A／D转换时，量化带内的 任意模拟输入电压都能产生 同一输出数码。
① 当精度一定时，信号频率↑，tCONV↓； ② 当信号频率一定， tCONV ↓，△U↓。
6.2 A／D转换器的主要技术指标
平均值响应的转换器
由于被转换的模拟量为直流电压，而 干扰是交变的，因此转换时间 tCONV 越长， 其抑制干扰的能力就越强。
换言之：平均值响应的转换器是在牺性转 换时间的情况下提高转换精度的。
按工作 原理分
6.1 A/D转换器的分类
直接比较型— 模拟信号直接参考电 压比较，得到数字量。
有逐次比较、连续比较··· 优点：瞬时比较，转换速度快。 缺点：抗干扰能力差。
间接比较— 模拟信号与参考电压先 转换为中间物理量，再 进行比较。
有双斜式、积分式、脉冲调宽··· 优点：平均值比较，抗干扰能力强。 缺点：转换速度慢。
该误差主要 是失调电压及温 漂造成的。
一般来说， 在一定温度下， 偏移电压是可以 通过外电路予以 抵消。
6.2 A／D转换器的主要技术指标
但当温度变化时，偏移电压又将出现。
6. 增益误差
增益误差— 满量程输出数码时，实际 模拟输入电压与理想模拟 输入电压之差。
该误差使传输特性曲线绕坐标原点偏 离理想特性曲线一定的角度，如图6.3所示。
级数
256 1024 4096 16384 65536
相对分辨率 （1LSB）
0.391% 0.0977% 0.0244% 0.0061% 0.0015%
分辨率（1LSB）
39.1mV 9.77mV 2.44mV 0.61mV 0.15mV
6.2 A／D转换器的主要技术指标 A／D转换器分辨率的高低取决于位数的多少。 因此，目前一般用位数n来间接表示分辨率。
第6章 模／数转换器
6.2 A／D转换器的主要技术指标
1. 分辨率 分辨率— A／D转换器所能分辨模拟输
入信号的最小变化量。
设A／D转换器的位数为n，满量程电 压为FSR，则分辨率定义为：
6.2 A／D转换器的主要技术指标
分辨 F 2率 nSR (61)
量化单位就是A／D转换器的分辨率。 相对分辨率定义为
信号电压增量(误差)为fU△mUc。os2ft
6.2 A／D转换器的主要技术指标
在过零点上有最大值
∵过零时，t n|cost|1
∴
U t
f
Um
6.2 A／D转换器的主要技术指标
故在过零点处，转换时间所造成的 最大电压误差为
U fU m t fU m tCO ( 6 N 3 )V
由此可知：
6.2 A／D转换器的主要技术指标
输 出 数
码 K>1
111
110
增益误差
K=1
当K=1时，没有增益 误差，Ui = FSR，输 出为111。
101
100
011
K<1
010
001
U
FSR
i
图6.3 增益误差
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
当K>1时，传输特性 的台阶变窄，在模拟 输入信号达到满量程 值之前，数码输出就 已为全“1”状态。
以图6.1所示的正弦信号为例，讨论它们之 间的关系。
6.2 A／D转换器的主要技术指标
U(t)
U(t)=
Um 2
sinωt
Um
△U
2
t0
t1
t
tCONV
图6.1 转换时间对信号转换的影响
间由为于设tCO在NVt，0d时U 转d刻t(换t开)终始了转21的U 换时m ，刻转c为o换st1一，t次与所tC需ON的V对时应