模数转换器的分类及优缺点
第六章模数转换器
A/D转换器的比较
各种A/D转换器的性能比较
模拟/数字转换技术的发展趋势
当前，数字处理系统正在飞速发展，主要表现在以下几 个方面：
1、在视频领域，高清晰度数字电视系统(HDTV)的出现，将 广播电视推向了一个更高的台阶，HDTV的分辨率与普通电视 相比至少提高了一倍。
2、在通信领域，过去无线通信系统的设计都是静态的， 只能在规定范围内的特定频段上使用专用调制器、编码器和 信道协议。而软件无线电技术(SDR)能更加灵活、有效地利用 频谱，并能方便地升级和跟踪新技术，大大地推动了无线通 信系统的发展。
1 RC
T1V
I
VP
2n RC
TcpV
I
V I 是ui在T1内的平均值。T1 2nT cp
输入模拟电压
ui －VREF
S1
R
基准电压
S2
C
－ A
+ 积分器
uo
VP
2n RC
TcpV
I
=1(uo≤0)
uo －
CO= =0(uo>0)
C +
比较器
CO
逻辑 控制门
Qn
触发器
n 位二进制计数器
dn-1
模拟/数字转换技术的发展趋势（续）
低功耗：片上系统(SOC)已经成为集成电路发展的趋势，在 同一块芯片上既有模拟电路又有数字电路。为了完成复杂的系 统功能，大系统中每个子模块的功耗应尽可能地低，因此，低 功耗A/D转换器是必不可少的。在以往的设计中，5MSPS 8～12 位分辨率A/D转换器的典型功耗为100～150mW。这远不能满足 片上系统的发展要求，所以，低功耗将是A/D转换器一个必然 的发展趋势。
时间离散→采样定理
几种模数转换技术的分析比较
摘要：对几种最为常用的模数转换技术及其特点加以比较，着重介绍最新的模数转换技术——流水线技术；阐述其工作原理、性能特点及其优点，以助于读者更好地选择适合自己设计的模数转换器。
关键词：模数转换闪烁型模数转换器∑-Δ型模数转换器流水线模数转换器引言模数转换是将模拟输入信号转换为N位二进制数字输出信号的技术。
采用数字信号处理能够方便实现各种先进的自适应算法，完成模拟电路无法实现的功能，因此，越来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。
与之相应的是，作为模拟系统和数字系统之间桥梁的模数转换的应用日趋广泛。
为了满足市场的需求，各芯片制造公司不断推出性能更加先进的新产品、新技术，令人目不暇接。
本文就几种最为常用的模数转换技术进行分析比较。
1 模数转换技术模数转换包括采样、保持、量化和编程四个过程。
采样就是将一个连续变化的信号x(t)转换成时间上离散的采样信号x(n)。
根据奈奎斯特采样定理，对于采样信号x(t)，如果采样频率fs大于或等于2fmax（fmax为x(t)最高频率成分），则可以无失真地重建恢复原始信号x（t）。
实际上，由于模数转换器器件的非线性失真，量化噪声及接收机噪声等因素的影响，采样速率一般取fs=2.5fmax。
通常采样脉冲的宽度tw是很短的，故采样输出是断续的窄脉冲。
要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。
量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问题就是量化误差。
假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。
编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。
这些过程有些是合并进行的，例如，采样和保持就利用一个电路连续完成，量化和编码也是在转换过程同时实现的，且所用时间又是保持时间的一部分。
实现这些过程的技术有很多，从早在上世纪70年代就出现的积分型到最新的流水线模数转换技术，种类繁多。
数模转换器与模数转换器
电源电压有单电源，双电源和不同电压范围之 分，早期的ADC器件要有+15V/-15V，如果选 用单+5V电源的芯片则可以使用单片机系统电 源。
12、功耗
一般CMOS工艺的芯片功耗较低，对于电池供 电的手持系统对功耗要求比较高的场合一定要 注意功耗指标。
13、封装
常 见 的 封 装 有 双 列 直 插 封 装 （ Dual In-line Package, DIP ） 和 表 贴 型 （ Surface Mount Devices, SMD）封装。
图9-4 ADS7852的引脚图
AGND 9 VREF 10
DGND 11 A2 12 A1 13 A0 14
DB11(MSB) 15 DB10 16
各引脚的功能介绍如下：
AIN0～AIN7：8路模拟量输入引脚。 DB0～DB11：12位数字量输出，其中DB0为最低位， DB11为最高位。 A0～A2：8路模拟输入的地址选择。 Vss：电源电压，正常接+5V。 VREF：外接参考电压。若不用外接参考电压，可在此 引脚和电源地之间接2.2μF和0.1μF去耦电容各一个。 AGND和DGND：分别为模拟地和数字地。 CLK：外部时钟输入（200KHz～8MHz），时钟的选 择取决于采样速度fCLK=16*fSAMPLE。
由于逐次逼近式模数转换技术能很好的兼顾速 度和精度，故在16位以下的模数转换器中得到 了广泛应用。
二、模数转换器的性能指标
A/D转换器是实现单片机数据采集的常用外围 器件。A/D转换器的品种繁多，性能各异，在 设计数据采集系统时，首先碰到的问题就是如 何选择合适的A/D转换器以满足系统设计的要 求。
选择A/D转换器需要综合考虑多项因素，如系 统技术指标、成本、功耗、安装等。
理解模数转换器
理解Σ- Δ模数转换器连续时间的Σ-Δ模数转换器结构有一些特性；本文带我们理解它的功能和优点，以及它如何在众多模数转换器中胜出的。
连续时间的Σ-Δ模拟数字(A/D)转换技术正在挑战传统的流水线模数转换技术，而后者曾一度被认为是当前高动态性能(100MSPS以下)的最佳技术。
本文首先回顾一下数据转换的基础，随后比较一下流水线模数转换器与Σ-Δ模数转换器，接着简单介绍一下当前工业率先应用的12位50MSPS的Σ-Δ模数转换器。
文章的最后总结Σ-Δ模数转换器在高速率高性能系统中适用的一些功能。
数据转换基础模数转换器完成两个基本的操作：时域上的离散化和幅度上的量化。
这两个功能如图1所示，实际的模数转换器可能与图中的结构会有一定差别。
图1：模拟到数字的信号转换。
模数转换器首先完成对连续时变的模拟信号x(t)进行时域上的离散化，又称为采样。
输入信号按照均匀的时间间隔进行采样。
采样频率用fs表示，时间间隔则表示为T=1/fs。
一旦输入信号完成了采样，就形成了脉冲信号，采样间隔为kT。
然而采样后的信号在幅度上依然是无限范围的，因此不能用数字的形式表示出来。
模数转换器的第二个功能是完成采样后的信号在幅度上的量化，即用有限个数的数值中最接近实际的那个数值来代替原始数值。
由于这种用来近似表示的数值个数有限，因此可以用数字编码的形式来表示输出结果。
数字编码的比特长度决定了转换器输出的可能数值的个数。
转换器的有限个数的输出引来了一定的误差，即量化误差。
这种量化误差限制了转换器的精度。
模数转换器结构一般情况下，模数转换器可以分为两大类型：奈奎斯特速率转换器和过采样转换器。
两类不同的转换器的区别在于输出采样率的不同。
奈奎斯特速率转换器奈奎斯特速率转换器是指，按照最低的采样频率对输入信号进行采样的转换器。
奈奎斯特速率转换器的输出速率较高。
最常见的三类奈奎斯特速率转换器分别为SAR(连续逼近寄存器)、Flsah以及流水线转换器。
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。
模数转换器原理以及它的分类
下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：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。
1）积分型（如TLC7135）积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，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AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。
2）逐次比较型（如TLC0831）逐次比较型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，在低分辩率（<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(快速)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Half flash(半快速)型。
还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。
这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。
4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705）Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。
原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。
模数转换器的分类及优缺点
直接ADC是将输入模拟电压直接转换成数字量，如并联比较型ADC和逐次比较型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，如双积分型ADC。
1.并联比较型ADC
优点：采用各量级同时并行比较，各位输出码同时并行产生，因此转换速度快，转换速度与输出码位数无关。
缺点：成本高、功耗大，所用元件数量随ADC位数的增加，以几何级数上升。
适用于要求高速、低分辨率的场合。
2.逐次逼近型ADC
特点：逐次逼近型ADC每次转换需要n+1个节拍脉冲才能完成，比并联比较型ADC转换速度慢，属于中速ADC器件。
另外，当位数较多时，所需的元、器件比并联比较型少得多，应用较广。
3.双积分型ADC
优点：
（1）抗干扰能力强。
采样电压是采样时间内输入电压的平均值。
（2）稳定性好，转换精度高。
通过两次积分把VI和VREF之比变成两次计数值之比，只要求RC和TC在两次积分时保持不变即可。
（3）非线性误差小。
转换结果与积分时间常数RC无关，消除了积分非线性带来的误差。
缺点：转换速度低。
几种模数转换技术的分析比较解读
几种模数转换技术的分析比较摘要：对几种最为常用的模数转换技术及其特点加以比较，着重介绍最新的模数转换技术——流水线技术；阐述其工作原理、性能特点及其优点，以助于读者更好地选择适合自己设计的模数转换器。
关键词：模数转换闪烁型模数转换器∑-Δ型模数转换器流水线模数转换器引言模数转换是将模拟输入信号转换为N位二进制数字输出信号的技术。
采用数字信号处理能够方便实现各种先进的自适应算法，完成模拟电路无法实现的功能，因此，越来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。
与之相应的是，作为模拟系统和数字系统之间桥梁的模数转换的应用日趋广泛。
为了满足市场的需求，各芯片制造公司不断推出性能更加先进的新产品、新技术，令人目不暇接。
本文就几种最为常用的模数转换技术进行分析比较。
1 模数转换技术模数转换包括采样、保持、量化和编程四个过程。
采样就是将一个连续变化的信号x(t)转换成时间上离散的采样信号x(n)。
根据奈奎斯特采样定理，对于采样信号x(t)，如果采样频率fs大于或等于2fmax（fmax为x(t)最高频率成分），则可以无失真地重建恢复原始信号x（t）。
实际上，由于模数转换器器件的非线性失真，量化噪声及接收机噪声等因素的影响，采样速率一般取fs=2.5fmax。
通常采样脉冲的宽度tw是很短的，故采样输出是断续的窄脉冲。
要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。
量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问题就是量化误差。
假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。
编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。
这些过程有些是合并进行的，例如，采样和保持就利用一个电路连续完成，量化和编码也是在转换过程同时实现的，且所用时间又是保持时间的一部分。
实现这些过程的技术有很多，从早在上世纪70年代就出现的积分型到最新的流水线模数转换技术，种类繁多。
最新整理第9章模数转换器与数模转换器.ppt
3、基准电压
基准电压有内、外基准和单、双基准之分。
5V*1/256 = 0.0195V
输入模拟电压
Vx
基准 电源
积分器
比较器
时钟 转换开始
控制逻辑
转换结束 计数器
数字量输出
9.1.2模数转换器的性能指标
4、转换速率
转换时间：A/D转换器从启动转换到转换结束，输出 稳定的数字量，需要的一定的转换时间。
转换速率：转换时间的倒数即每秒钟完成的转换次数。
A/D转换器的型号不同，转换时间不同。逐次逼近式 单片A/D转换器转换时间的典型值为1.0~200μs。 ADS7852: 12位逐次逼近式A/D转换器转换速率 500kHz ICL7109: 12位双积分式A/D转换器转换速率30次/s
应根据输入信号的最高频率来确定ADC转换速度， 保证转换器的转换速率要高于系统要求的采样频率。
电容电压UC=Q,若用恒流充电,电量Q=I*t, UC=I*t
9.1.1 模数转换器的工作原理
2、双积分式模数转换器的工作原理
双积分式模数转换器转换方法的抗干扰能力比逐次 逼近式模数转换器强。
该方法的基础是测量两个时间：
一个是模拟输入电压向电容充电的固定时间,
另一个是在已知参考电压下放电所需的时间,
【例9-1】 【例9-2】 【例9-3】
9.2.2 IAP15W4K58S4集成的比较器模块及其使用 9.3 数模转换器及其应用 9.3.1 数模转换器的工作原理及性能指标 9.3.2 12位D/A转换器TLV5616及其接口技术
第9章 模数转换器与数模转换器
随着数字电子技术及计算机技术的广泛普及与应用， 数字信号的传输与处理日趋普遍。
输 出
模数转换器及其应用领域研究
模数转换器及其应用领域研究模数转换器（ADC）是将模拟信号转换为数字信号的电路，适用于许多应用领域。
随着科技的发展，模数转换器已经成为一种必不可少的设备，其应用领域不断扩大并深入。
本文将介绍模数转换器的原理、分类、特点以及主要应用领域。
一、模数转换器的原理模数转换器的原理是利用了电压比较器及电荷积累原理。
电荷积累原理指利用电容器容量大小相同，电压不同，从而将一定时间内流过的电荷量从不同电容器充入到相同容量的电容器，使其电压也不同的原理。
二、模数转换器的分类1、按照转换方式分类（1）逐次逼近型ADC：通过反馈作用，不断逼近输入信号，直至输出的数字量满足一定的条件。
（2）闸流型ADC：利用比较器并加以锁存电路将模拟信号转换为逻辑信号，以实现数字化。
（3）逐段线性型ADC：分段处理调整电压大小，将模拟信号转换为数字量。
2、按照采样方式分类（1）突发采样型：采用瞬间采样器，仪器自动进行断续检测，得出瞬时值。
该种方式广泛应用于医学、工业测量等领域。
（2）持续采样型：持续不断地对信号进行采样，周期性地转换模拟信号，以得到数字量。
三、模数转换器的特点1、强鲁棒性：由于模数转换器本身就是一种电子元器件，其本身性能、稳定性、耐受强度等均较好。
2、高度集成：模数转换器内部存在大量电子元器件，但其工作原理非常复杂，只通过一个芯片就可以实现。
3、准确性高：ADC转换速率快，不受客观环境的影响，具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。
四、模数转换器的应用领域1、传感器测量领域：模数转换器可以将被测的一些出入量转化为数字量，实现高精度、实时监测。
2、工业控制领域：ADC可以对系统的各种参数进行检测和控制，用来进行自适应控制等。
3、医疗领域：ADC可以将人体需要测量的各种体征检测并转化为数字量，为医生提供精确诊断依据。
4、物联网领域：模数转换器可以将传感器监测到的各种数据进行数字量转换，并进行分析，实现物联网设备的数据采集。
数模和模数转换器
July 21,2004Page 1of 7数模/模数转换器（TI类）TI的数模/模数转换器大体上分为五类：数模转换器（Analog to Digital Converters，ADC )模数转换器（Digital to Analog Converters，DAC）音频转换器（Audio Converters）多媒体数字信号编解码器（CODECs）数据采集系统（DAS）July 21,2004Page 2of 7一、模数转换器1、按最大采样分辨率：a.8bitsb.10bitsc.12bitsd.14bitse.16bitsf.18bitsg.20bitsh.22bitsi.24bits 2、按采样的模式：a.Delta-Sigma 采样：主要用于消费类音频、工业过程控制、医疗、通讯等领域。
（ADS1218、ADS1240）原理：是基于对输入信号的过采样原理，然后采用数字滤波器/抽取器以获得等价的数字代码。
Delta-Sigma转换器在对低频信号采样中能够达到极高的分辨率：16到24位；由于其与DSP的兼容性使其成为系统解决方案的理想选择。
b.Delta-Sigma 智能型采样：用于低噪声、高精度的片上数据采集系统；应用范例包括便携式仪器、色谱分析仪、体重计。
（MSC1210、MSC1211）原理：通过集成了增强的数字处理内核及闪存，并结合高性能的模拟部分和外设。
其优势包括系统更高的集成度、更短的系统开发周期、简化了接口设计等。
c.逐次逼近型（SAR）：用于低功耗的实时控制设备、数字/信号采集等实时应用领域。
（TLC4541、TLC4545）原理：对于逐次逼进型的数据转换，其有效位是由单个高速、高精度的比较器从最高位（MSB）到最低位（LSB）逐位确定的。
该操作通过把模拟输入与DAC的输出进行比较来实现，该DAC的输出已由上一次比较输出位决定，并逐次逼近模拟输入。
d.管道型（CommsADC）：用于高速模拟采样、基于CCD的成像系统、数字视频、超声波医疗成像、无线通讯、高速以太网领域，此外，通讯系统中的总谐波失真（THD）、无杂散动态范围（SFDR）以及其他领域特性也很优秀。
浅析现代工业模数转换器
浅析现代工业模数转换器一、数模转换器（一）、基本概念模数转换器即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。
将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称a/d转换器或adc,analog to digital converter），A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。
在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。
（二）、转换原理模拟数字转换器的分辨率是指，对于允许范围内的模拟信号，它能输出离散数字信号值的个数。
这些信号值通常用二进制数来存储，因此分辨率经常用比特作为单位，且这些离散值的个数是2的幂指数。
例如，一个具有8位分辨率的模拟数字转换器可以将模拟信号编码成256个不同的离散值（因为2^8= 256），从0到255（即无符号整数）或从-128到127（即带符号整数），至于使用哪一种，则取决于具体的应用。
分辨率同时可以用电气性质来描述，使用单位伏特。
使得输出离散信号产生一个变化所需的最小输入电压的差值被称作最低有效位（Least significant bit, LSB）电压。
这样，模拟数字转换器的分辨率Q等于LSB电压。
模拟数字转换器的电压分辨率等于它总的电压测量范围除以离散电压间隔数：•这里N是离散电压间隔数。
•这里EFSR代表满量程电压范围，即是总的电压测量范围，即输入参考高电压与输入参考低电压的差值[1]•这里V RefHi和V RefLow是转换过程允许电压的上下限。
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
第11章 数模-模数转换总结
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。
1 LSB ，就表明实际输出的数字量和理 2
例：某信号采集系统要求用一片A/D转换集成芯片在1s内对16个热电 偶的输出电压分数进行A/D转换。已知热电偶输出电压范围为0～25mV （对应于0～450℃温度范围），需分辨的温度为0.1℃，试问应选择 几位的A/D转换器？ 解： 分辨率= 0.1
任何导线都可以被理解成电阻，因此，尽管连在一起的 “地”，其各个位置上的电压也并非一致的，对于数字电路， 由于噪声容限较高，通常是不需要考虑“地”的形式的，但对 于模拟电路而言，这个不同地方的“地”对测量的精度是构成 影响的，因此，通常是把数字电路部分的地和模拟部分的地分 开布线，只在板中的一点把它们连接起来（通过0欧姆电阻）。
二、D/A转换器的主要电路形式 1. 权电阻网络D/A转换器
(MSB) dn-1 dn-2
数字量输入
d2 d1
UREF
(LSB) d0
双向模拟开关
Sn-1 In-1 2R
0
Sn-2 In-2 2R
1
S2 … I2 2 R
n-3
S1 I1 2 R
n-2
S0 I0 2 R I － A +
n-1
RF (R/2)
13
11.2 数模转换器
DAC0832的三种工作方式
（a）双缓冲方式：采用二次缓冲方式，可在输出的同时，采集下一个数 据，提高了转换速度；也可在多个转换器同时工作时，实现多通道D/A的 同步转换输出。 （b）单缓冲方式：此时只需一次写操作，就开始转换，提高了D/A的数 据吞吐量。 14 （c）直通方式：输出随输入的变化随时转换。
运算放大器输出电压为
n-1 n-1
基本知识点概述数模转换器模数转换器
数字电子技术
三、逐次渐近型ADC
数字电子技术
3.双积分型ADC
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数字电子技术
四、ADC的主要技术指标
1.转换精度（用分辨率和转换误差来描述） 分辨率是指引起输出数字量变动一个二进制数码最低 有效位时，输入模拟量的最小变化量。 转换误差通常以相对误差的形式给出，它表示A/D转换 器实际输出的数字量与理想输出数字量之间的差别， 并用最低有效位的倍数表示。 2.转换时间
数字电子技术
基本知识点
D/A、A/D转换器的基本原理 主要D/A、A/D转换器的结构及特点 集成D/A、A/D转换器的使用
数字电子技术
7.1概述
从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换， 或A/D（Analog to Digital）转换，把实现A/D 转换的电路称为A/D转换器; 从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换， 或D/A（Digital to Analog）转换，把实现D/A 转换的电路称为D/A转换器。
转换时间是指完成一次 A/D 转换所需的时间，其倒数又 称为转换速度。
数字电子技术
五、集成模数转换器
1.八位八通道单片A/D逐次比较型转换器 ADC0809
数字电子技术
2.ADC0809主要性能
① 八位逐次比较型A/D转换器，逻辑电平与TTL兼容； ② 有锁存功能的8路模拟量转换开关，可对8路0～5V模 拟量进行分时转换； ③ 输出具有三态锁存/缓冲功能； ④ 分辨率：8位；
并联比较型 直接型 反馈比较型 计数型 A/D转换器 逐次渐近性 间接型 电压时间变换(V-T)型-积分方程 电压频率变换(V-F)型
数字电子技术
二 、 并 行 比 较 型
模数转换AD转换精度和转换速度是衡量ADDA转换器性
仪器仪表与测试设备
示波器
示波器中的模数转换器用于将模拟信 号转换为数字信号，以便在屏幕上显 示波形，进行信号的观察和分析。
频谱分析仪
传感器数据采集
传感器数据采集系统中，模数转换器 用于将传感器的模拟输出信号转换为 数字信号，便于数据的处理、分析和 传输。
频谱分析仪利用模数转换器将接收到 的模拟信号转换为数字信号，进行频 谱分析和测量。
吞吐量
衡量AD转换器处理能力的一个指标，表示每秒钟能够完成多少次AD转换。吞吐量通常以每秒转换次数 （SPS）表示。
实时性能要求
实时性
指AD转换器的输出结果能否及时反映 输入信号的变化。实时性能好的AD转 换器能够快速响应输入信号的变化。
跟踪速度
衡量AD转换器实时性能的一个重要指 标，表示AD转换器的输出能否跟随输 入信号的快速变化。跟踪速度越快， 实时性能越好。
模数转换器（AD转换器性能评 估
目录
CONTENTS
• 模数转换器（AD转换器）简介 • AD转换精度 • AD转换速度 • AD转换器的应用领域 • AD转换器的发展趋势与挑战 • AD转换器性能评估案例研究
01
CHAPTER
模数转换器（AD转换器）简 介
定义与工作原理
定义
模数转换器（AD转换器）是一种 将模拟信号转换为数字信号的电 子器件。
示。
采样速率
指AD转换器每秒钟能够采样的 次数，通常以Hz或SPS（每秒采 样点数）表示。
非线性误差
指AD转换器的输出与理想输出 之间的偏差，通常以LSB（最低 有效位）表示。
电源电压与功耗
指AD转换器正常工作所需的电 源电压和功耗，对于便携式应
用非常重要。
模数转换器优选文档
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。
6.2 A／D转换器的主要技术指标 5. 偏移误差
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。
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
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 t设CO在NV，t0d时U 转d刻t(换t开)终始了21转的U换时m，刻转c为o换st1，一t与次t所CO需NV的对时应 信号电压增量(误差)为fU△mUc。os2ft
输 出 数 码
111
K>1
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
FSR
Ui
图6.3 增益误差
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。
模数转换器（ADC）的几种主要类型
模数转换器（ADC）的几种主要类型模数转换器(ADC)的几种主要类型现在的软件无线电、数字图像采集都需要有高速的A/D采样保证有效性和精度，一般的测控系统也希望在精度上有所突破，人类数字化的浪潮推动了A/D转换器不断变革，而A/D转换器是人类实现数字化的先锋。
A/D转换器发展了30多年，经历了多次的技术革新，从并行、逐次逼近型、积分型ADC，到近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC，它们各有其优缺点，能满足不同的应用场合的使用。
逐次逼近型、积分型、压频变换型等，主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。
分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。
此外，采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC，可应用于广播卫星中的基带解调等方面。
∑-Δ型ADC主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。
下面对各种类型的ADC作简要介绍。
1．逐次逼近型逐次逼近型ADC是应用非常广泛的模/数转换方法，它包括1个比较器、1个数模转换器、1个逐次逼近寄存器（SAR）和1个逻辑控制单元。
它是将采样输入信号与已知电压不断进行比较，1个时钟周期完成1位转换，N位转换需要N个时钟周期，转换完成，输出二进制数。
这一类型ADC的分辨率和采样速率是相互矛盾的，分辨率低时采样速率较高，要提高分辨率，采样速率就会受到限制。
优点：分辨率低于12位时，价格较低，采样速率可达1MSPS；与其它ADC相比，功耗相当低。
缺点：在高于14位分辨率情况下，价格较高；传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。
2．积分型ADC积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC，它的应用也比较广泛。
它由1个带有输入切换开关的模拟积分器、1个比较器和1个计数单元构成，通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。
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直接ADC是将输入模拟电压直接转换成数字量，如并联比较型ADC和逐次比较型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，如双积分型ADC。
1.并联比较型ADC
优点：采用各量级同时并行比较，各位输出码同时并行产生，因此转换速度快，转换速度与输出码位数无关。
缺点：成本高、功耗大，所用元件数量随ADC位数的增加，以几何级数上升。
适用于要求高速、低分辨率的场合。
2.逐次逼近型ADC
特点：逐次逼近型ADC每次转换需要n+1个节拍脉冲才能完成，比并联比较型ADC转换速度慢，属于中速ADC器件。
另外，当位数较多时，所需的元、器件比并联比较型少得多，应用较广。
3.双积分型ADC
优点：
（1）抗干扰能力强。
采样电压是采样时间内输入电压的平均值。
（2）稳定性好，转换精度高。
通过两次积分把VI和VREF之比变成两次计数值之比，只要求RC和TC在两次积分时保持不变即可。
（3）非线性误差小。
转换结果与积分时间常数RC无关，消除了积分非线性带来的误差。
缺点：转换速度低。