脉冲与数字电路第九章(ADC、DAC)
数字电路-数模转换
d2
I 22
d1
I 23
d0
I 24
)
IRF 24
(d3 23
d2 22
d1 21 d0 20 )
IRF 24
3
(di 2i )采用恒流源电路后对提高转换精度有什么好处？
i0
9.2.7 D/A转换器的主要技术指标
1.分辨率
分辨率：D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 实际应用中用输入数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。
八位集成ADC0809
图 9-17 ADC0809 (a) 电原理框图； (b) 引脚图
2. 主要技术指标 分辨率： 八位。
转换时间： 100μs 。
功耗： 15mW 电源： 5V 。
图 9-4 比例系数误差
图 9-5 漂移误差
3.
从数字信号输入DAC起，到输出电流（或电压）
达到稳态值所需的时间为建立时间。 建立时间的大小
决定了转换速度。目前 10~12
D/A 转换
器（不包括运算放大器）的建立时间可以在 1 微秒以
内。
§9-3 A/D转换器（ADC）
A/D
A/D转换是将模拟信号转换为数字信号， 转换过程:
工 作 波 形
ADC
电路实现
9.3.5 A/D转换器的主要技术指标
1.
分辨率指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力。 从理论上讲，一个n位二进制数输出的A/D转换器应能区 分输入模拟电压的2n个不同量级。 例如，A/D转换器的输出为 1221n位F二SR进制数，最大输入模 拟信号为 10V，则其分辨率为
1V 13/15 V 11/15 V 9/15 V 7/15 V 5/15 V 3/15 V 1/15 V
第9章-DAC和ADC
图9.2.6
DAC——CB7520电路原理图
【例1】 下图是用CB7520和74LS161组成的波形发生器电路。已 知CB7520的VREF=-10V，试画出输出电压V0的波形，并标出波形图 上各点电压的幅度。
9.2.7
DAC——CB7520应用举例
§9.2.3 权电流型D/A转换器
在权电阻网络DAC和倒T形电阻网络DAC中的模拟开关在实 际应用中，总存在一定的导通电阻和导通压降，而且每个开关的 情况又不完全相同，所以它们的存在无疑会引起转换误差，影响 转换精度。 权电流型DAC可有效的解决这一问题。其示意图如下：
n
其中： X X n 2
n 1
X n 1 2
n2
X 1 2 Dn
0
一般的数模转换器的基本组成可分为四部分，即：电 阻译码网络、模拟开关、基准电压源和求和运算放大器。
图9.2.2 数模转换器原理图
目前使用最广泛的D/A转换技术有两种：权电阻网络 D/A转换和T形电阻网络D/A转换。
本章主要内容
第一节
概述
第二节
D/A转换器
第三节 A/D转换器
§9.1 概述
DAC和ADC的应用举例：
DAC和ADC的应用举例——MP3播放器：
DAC和ADC的应用举例——数字温度计：
DAC和ADC的应用举例——数字血压计：
在过程控制和信息处理中，经常会遇到一些连续变化的 物理量，如话音、温度、压力、流量等，它们的量值都是 随时间连续变化的。为了能使用数字电路处理模拟信号， 必须把模拟信号转换成相应的数字信号，方能送入数字系 统进行处理。同时，还往往要求将处理后得到的数字信号 再转换为相应的模拟信号作为最后的输出。 图9.1.1所示即为一个典型的数字控制系统框图：
DA和 AD转换电路的讲解
李家虎编
20
片选
写入 1 模拟 地
数字 输入 参考电 压
电 源 输入锁 存允许
转移 控制
写入 2
数字输 入 电流输出 2
反馈 电阻 数字 地
2013-8-11
引脚图及说明
2007-5-20 李家虎编
电流输出 1
21
1）引脚说明 ILE：输入锁存选通（高电平有效），与CS组 合选通WR 。 WR ：写信号1（低电平有效），用来将输入数 据送到锁存器，当WR 为高电平时，输入到锁 存器的数据被锁定。 CS：片选信号（低电平有效），同ILE组合选 通WR 。 WR ：写信号2（低电平有效），与XFER组合 可以使输入到锁存器的8位数据传到D/A寄存器 中。 XFER：传送控制信号（低电平有效），它将选 通WR 。
模拟量输 出uA
图2
2013-8-11 2007-5-20 李家虎编 5
图中D是n位并行输入的数字量，uA 是输出模拟量，UREF是实现转换所 必须的参考电压。
u A KU REF
D
i 0
n 1
i
2
i
这个表达式反映了数字量与输出模 拟量的线性关系。
2013-8-11
2007-5-20
2013-8-11 2007-5-20 李家虎编 15
（6）馈送误差 馈送误差是指杂散信号通过D/A器件内部电 路耦合到输出端而造成的误差。 （7）线性误差 D/A转换的理想特征是线性的，但实际上存 在误差，模拟输出偏离理想输出的最大值 称为线性误差。 2）动态参数 （1）建立时间 输入数字从全“0”到全“1”时，建立时间 最长，因此将该时间称为建立时间。
D/A、A/D转换电路的讲解
数字电路讲义第9章 脉冲信号
用波形图表示如下:
CP A B C D E F G H Q1
t0
t1
t2 t3
Q2
用波形图表示如下:
§ 9.2 由门电路构成的单稳态触发器 单稳态触发器在数字电路中一般用于定时（产生一定 宽度的矩形波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅 度都相等的波形）以及延时（把输入信号延迟一定时间后 输出）等。单稳态触发器具有下列特点： （1）电路有一个稳态和一个暂稳态。 （2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳 态。 （3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时 间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与 触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。
1
T
min
1 t w t re
（最小时间
电路的改进
VDD ui C1 R1 G1 ≥1 uo1 C R uA G2 ≥1 uo2
当ui的宽度很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一 个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态 时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。
TR-A 、TR-B 是两个下降沿有 效的触发信号输入端，TR+A、 Rext /C ext TR+B是两个上升沿有效的触 VCC NC Cext NC Rin Q 发信号输入端。Q和是两个 状 态 互 补 的 输 出 端 。 Rext/Cext 、 Cext 、 Rin3 个 引 出 14 13 12 11 10 9 8 端是供外接定时元件使用的， 74122 外接定时电阻R（R=5kΩ～ 1 2 3 4 5 6 7 50kΩ）、电容C（无限制） 的接法与74121相同。RD 为 TR-Ａ TR-B TR+A TR+B RD Q GND 直接复位输入端，低电平有 效。 (b) 74122 的引脚排列图 当定时电容C＞1000pF时， 74122的输出脉冲宽度： tp≈0.32RC
ADC和DAC主要技术指标简介
2、AD转换器的主要技术指标1）分辨率（Resolution)指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2的比值.分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。
2）转换速率（Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需要的时间的倒数.积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD,逐次比较型AD是微秒级属中速AD,全并行/串并行型AD可达到纳秒级。
采样时间则是另外一个概念,是指两次转换的间隔.为了保证转换的正确完成，采样速率（Sample Rate）必须小于或等于转换速率.因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的.常用单位是Ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo/Million Samples per Second）3）量化误差（Quantizing Error）由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD 的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线(直线）之间的最大偏差。
通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量,表示为1LSB、1/2LSB.4）偏移误差(Offset Error）输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小. 5）满刻度误差（Full Scale Error）满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。
6）线性度（Linearity)实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移,不包括以上三种误差.其它指标有:绝对精度（Absolute Accuracy)，相对精度(Relative Accuracy）,微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distortion缩写THD）和积分非线性。
3、DA转换器DA转换器的内部电路构成无太大差异，一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类。
大多数DA转换器由电阻阵列和N个电流开关（或电压开关)构成。
数字电子技术 第9章AD和DA
第9章D/A转换器和A/D转换器内容提要：本章介绍D/A、A/D转换器的概念、基本工作原理和集成D/A、A/D转换器的应用。
9.1 概述导读:在这一节中，你将学习：⏹D/A、A/D转换器的概念⏹D/A、A/D转换器的实际举例1．D/A、A/D转换器的概念能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。
ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。
2．D/A、A/D转换器的实际举例ADC和DAC是数字系统中不可缺少的一个部分，在实际中应用非常广泛，下面举两个实际应用的例子：如图9-1为一个锅炉加热信号采集和控制系统，ADC将温度传感器送来的锅炉温度信号转换为数字信号送给数字控制计算机，而DAC则将数字控制计算机发出的控制信号转换成模拟信号送往执行机构来控制锅炉的加热工作。
图9-1 锅炉加热信号采集和控制系统图9-2所示为一个CD播放机的方框图。
激光头将CD上的数字信号读取并通过放大器进行放大，经数字信号处理器后形成二进制代码并送入DAC中，经DAC转换成的模拟电信号，分别经左、右声道放大器放大后输出。
图9-2 CD播放机框图自测练习1．将数字量转换成模拟量的电路称为（），简称（）。
2．将模拟量转换成数字量的电路称为（），简称（）。
3．传感器传送过来的信号要经过（）转换为数字信号才能被数字系统所识别，数字系统发出的信号要经过（）转换为模拟信号才能被执行机构所识别。
9.2 D/A转换器导读:在这一节中，你将学习：⏹D/A转换器的电路结构框图⏹二进制权电阻网络D/A转换器⏹倒T型电阻网络D/A转换器⏹D/A转换器的模拟输出与数字输入之间的关系⏹D/A转换器的3个主要技术参数⏹集成ADC0832及其应用239.2.1 D/A 转换器的电路结构1.D/A 转换器的基本原理和转换特性首先介绍D/A 转换器的基本原理和转换特性：基本原理：将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。
数字电子技术基础电子课件项目九ADDA转换
9.1.5 集成ADC的应用
被测电压
3 1 位电压表 2
A/D转换 译码驱动 LED显示
基准电压 源电路
1111
位线驱动
工作原理分析：
MC1403：基准电压源电路；为MC14433提供高精度、高 稳 定性的参考电源；
MC14433：A/D转换； CD4511：译码驱动共阴型的LED数码管； MC1413：反相驱动电路，接收MC14433的选通脉冲
uo
5 7.5 6.25 6.875 6.5625 6.71875 6.796875 6.8359375
ui>uo
1 0 1 0 1 1 1 1
uI>uO为1 否则为0
相对误差仅为0.06 % 。转换精度取决于位数。
9.1.4 集成A/D转换器及应用
一、ADC 0809 ADC 0809 是8位8通道的逐次比较型号的AD转换器。
项目九 A/D、D/A转换器及应用
9.1A/D转换器及应用 9. 2 D/A转换器及应用 9.3常用的ADC、DAC 本章小结
设计项目
数字温度计
u
模数 0101 011
转换
t/R
电路
显示器
主要内容
数模转换器和模数转换器作用、类型、工作原理,以 及特点；
数模转换器和模数转换器的正确使用及应用。
主要技能
2． D/A转换器的基本原理
uo 应是与D按
权展开式成比
D0
例的模拟量
（X）。 D1
….
io
Dn
uo uO K • X
X Dn12n1 Dn22n2 ...... D121 D020
数字电子技术知识基础第9章脉冲信号产生电路及应用
1. 根据实验要求设计脉冲信号产生电 路的原理图。
2. 按照原理图在面包板上搭建电路， 注意元件的布局和连接。
3. 使用信号发生器为电路提供输入信号，并调 整信号发生器的参数以产生所需的脉冲信号。
4. 使用示波器对电路的输入和输出信 号进行测试和分析，记录实验数据。
数据记录、结果分析及故障排除
VS
应用
双稳态触发器在数字逻辑电路、计算机存 储器和寄存器等方面有广泛应用。例如， 在计算机中，双稳态触发器可以作为二进 制存储单元，用于存储和传递数据；在数 字逻辑电路中，双稳态触发器可以实现各 种逻辑功能，如与、或、非等。
04
脉冲信号调制与解调技术
脉冲幅度调制（PAM）原理及实现
原理
脉冲幅度调制是一种通过改变脉冲信号的幅 度来传递信息的调制方式。在PAM中，载 波的幅度随着调制信号的变化而变化，从而 携带了调制信号的信息。
实现
实现PAM通常需要一个模拟信号源、一个 脉冲发生器和一个幅度调制器。模拟信号源 产生待传输的信息信号，脉冲发生器产生周 期性的脉冲信号，幅度调制器则将模拟信号 源的幅度信息调制到脉冲信号上。
脉冲宽度调制（PWM）原理及实现
原理
脉冲宽度调制是一种通过改变脉冲信号的宽度来传递信息的调制方式。在PWM中，载 波的频率保持恒定，而脉冲的宽度则随着调制信号的变化而变化，从而携带了调制信号
传输距离
脉冲信号的传输距离取决于传输 介质的特性和信号频率，一般来 说，高频信号的传输距离较短。
02
脉冲信号产生电路原理与设计
振荡器工作原理及类型
振荡器工作原理
振荡器是一种能够产生周期性信号的电子电路。它通过放大电路中的噪声或外 部输入的信号，经过正反馈作用，使得信号幅度不断增大，最终形成稳定的振 荡信号。
2019A班数电第九章-69页PPT精选文档
G1
v1 &
Ri
vO1 C
v2
G2
&
5100pF
R 33 0
vO2
vO1上跳至高电平 v2跳变为高电平 vO2为低电平
3.6V
vI
0.3V
1.4V
v1
0.3V
触发器受触发发生一次翻转，
进 入 暂 稳 态 （ vO1=VOH ，
vO1
3.6V 0.3V
3.6V
vO2=VOL）。
v2 0.3V 1.4V
于稳定状态。
当t=t1时，vI上跳变
触发器翻转一次，进入暂稳态
3.6V
vO1
0.3V
3.6V
v2
1.4V 0.3V
vO2
tw 0 t1 t2
9.2 集成门构成的脉冲单元电路
（2） 积分型单稳态触发器
②t1～t2暂稳态 vI=VOH vO1=VOL
&
v2
& vO2
vI
vO1 R
G2
G1
C
电容C放电,电压v2下降
③t≥t2电路的恢复过程
反馈线
Ci vI
G1
v1 &
Ri
vO1 C
v2
G2
&
5100pF
R 33 0
vO2
3.6V
电容C开始放电，电路进入 vI
0.3V
恢复阶段。
恢复时间为 tre(3～ 5)RCvv1O1
当下一个触发脉冲出现时，
1.4V 0.3V
3.6V 0.3V
3.6V
触发器再次进入暂稳态，经 v2 0.3V 1.4V
R1 R2 R2
模数和数模转换器（ADC和DAC）工作原理
模数和数模转换器（ADC和DAC）工作原理为了能够使用数字电路处理模拟信号,必须把模拟信号转化成相应的数字信号,方能送入数字系统进行处理.同时也要把处理后得到的数字信号在转换成相应的模拟信号,作为最后的输出.我们把前一种从模拟信号到数字信号的转换叫做模-数转换,或简称A/D;把后一种从数字信号到模拟信号的转换叫做数-模转换,或简称D/A.同时把A/D或D/A 转换的电路叫做模数转换器(简称ADC)或数模转换器(简称DAC)主要分成以下几个部分：1、取样：取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号，转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。
2、保持：模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲。
采样脉冲宽度一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。
因此，在取样电路之后须加保持电路。
3、量化：将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过程称为量化。
4、编码：把量化的结果用代码表示出来，称为编码。
这些代码就是A/D转换的输出结果。
模拟信号数字化需要注意两个问题：①每秒钟需要采集多少个信号样本，也就是采样频率(fs)是多少，②每个信号样本的比特数b/s(bit per sample)应该是多少，也就是量化精度。
根据奈奎斯特理论（Nyquist theory），采样频率的高低是由模拟信号本身的最高频率决定的。
奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于模拟信号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的信号还原成原来的信号，这叫做无损数字化（lossless digitization）。
采样定律用公式表示为fs ≥ 2f或者T s ≤ T/2其中f为被采样信号的最高频率，T为被采样信号的最低周期，fs 称为采样频率，Ts为采样间隔。
如下图，图中的正弦曲线代表原始音频曲线；填了颜色的方格代表采样后得到的结果，二者越吻合说明采样结果越好。
数字电路逻辑设计第9章 脉冲电路
1 3 VCC
1 2
vCO
vI1 6
R1 5KΩ
vI2
2
VREF2
C2 RD
＆
R2 5KΩ
G2
Q
G3
1
3
vO
v I1
v
I1
23VCC 23VCC
SD SD
0 1
vO ' 7
VTD
1
vI2
1 3VCC
RD
1
v
I2
1 3 VCC
RD
0
10
2、555定时器的基本功能（P313）
VREF1 23VCC , VREF2 13VCC
24
9.2.2 集成施密特触发器
CMOS CC40106（P316）
VTP1
VTP4
VDD
VTP3
VTN4
vI
VTP2 vO'
●
VTN1 VTN3
VTP5
vO''
VTN2
VDD
VTN5
VTP6
vO VTN6
VT+
1 2
VDD＋VGS(th)N1
;
VT－ 12VDD- VGS(th)P2
25
9.2.3 施密特触发器的应用
23
9.2.2 集成施密特触发器
CMOS CC40106（P316）
VTP1
VTP4
1 2
VDD＋VGS(th)N1
vI
VDD
VDD
VTP3
VTN4
vI
VTP2 vO' v' 0
v'' 1
VTP6
ADC和DAC主要技术指标简介
2、AD转换器的主要技术指标1）分辨率（Resolution）指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2的比值。
分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。
2）转换速率（Conversion Rate）是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需要的时间的倒数。
积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。
采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。
为了保证转换的正确完成，采样速率（Sample Rate）必须小于或等于转换速率。
因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。
常用单位是Ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo/Million Samples per Second）3）量化误差（Quantizing Error）由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。
通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。
4）偏移误差（Offset Error）输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。
5）满刻度误差（Full Scale Error）满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。
6）线性度（Linearity）实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。
其它指标有：绝对精度（Absolute Accuracy），相对精度（Relative Accuracy），微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distortion缩写THD）和积分非线性。
3、DA转换器DA转换器的内部电路构成无太大差异，一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类。
大多数DA转换器由电阻阵列和N个电流开关（或电压开关）构成。
按数字输入值切换开关，产生比例于输入的电流（或电压）。
第9章 DAC、ADC[70页]
![第9章 DAC、ADC[70页]](https://img.taocdn.com/s3/m/d97f98dc561252d381eb6e49.png)
a0
VREF 23 R
S3
S2
S1
S0
VREF
a3
a2
a1
a0
2020/10/21
图9-1 二进制权电阻DAC原理图
东北大学信息学院
7
iI
a3
VREF 20 R
a2
VREF 21 R
a1
VREF 22 R
a0
VREF 23 R
VREF 23 R
(a3
23
a2
22
a1
21
a0
20 )
VREF 23 R
开关树型D/A转换器
并联比较型 计数型
A/D 直接转换型 反馈比较型
转
逐次逼进型
换 器
间接转换型 双积分型（V－T变换型）
V—F变换型
2020/10/21
东北大学信息学院
4
9.1 数/模转换器（DAC）
➢DAC原理框图：
基准电压
输 入 寄 存 器
2020/10/21
电
电
子
阻
开
网
关
络
东北大学信息学院
2020/10/21
东北大学信息学院
2
第9章 数/模和模/数转换
被控对象
传感器
A/D转换器
计算机
驱动电路 D/A转换器
2020/10/21
东北大学信息学院
3
主要指标：转换精度；转换速度。
分类：
D/A 转 换 器
权电阻网络D/A转换器
倒T型电阻网络D/A转换器 权电流型D/A转换器 权电容网络D/A转换器ARVREF I
I3
BR I2
CR I1
微机接口课件第9章AD与DA转换
CSEG ENDS
END /D转换器概述
将连续变化的模拟信号转换为数字信号的 装置称为A/D转换器，简称ADC。
1．ADC原理
A/D转换器按照工作原理可分为计数式A/D 转换器、双积分式A/D转换器和逐次比较式 A/D转换器三种。
（1）计数式A/D转换器
微机原理与接口技术
作者：徐建平 成贵学
第9章 A/D与D/A转换
在微型计算机的输入/输出系统中，常 需要把外界连续变化的模拟信号送入计 算机进行运算，或者把计算机中经过处 理的数字信号输出控制某些外设。
完成由模拟信号到数字信号或由数字 信号到模拟信号转换的过程分别称为模 /数（A/D）转换或数/模（D/A）转换。
其中，若Di＝1，则开关Si闭合；若Di＝0， 则开关Si断开。
（2）T型电阻网络
常用的方法是采用T型电阻网络，这种方法 只使用两种阻值的电阻（R和2R），如图9-3 所示。各处的电压依次为：
2．DAC技术指标
（1）分辨率 分辨率指的是输出电压的最小变化量与满量
程输出电压之比，表明了D/A转换器的一个 最低有效位（LSB）使输出变化的程度。 分辨率也常用输入二进制数的位数来描述， 位数越多，则分辨率越高，转换时对应输入 模拟信号的电压值越小。
（5）温度灵敏度
温度灵敏度指的是，在满量程时，温度每升 高1℃，输出模拟值变化的百分数。它反映 了D/A转换器对温度变化的灵敏程度。
（6）输出范围
所谓输出范围，指的是D/A转换器输出电压 的最大范围，一般为5V~10V。输出电压一般 与参考电压、运算放大器的连接方式等有关。
9.1.2 D/A转换器芯片 DAC0832
（1）单缓冲方式
单缓冲方式是指，使输入寄存器或DAC寄存器 中的一个处于直通状态，即输入数据经过一 级缓冲就送入D/A转换器。
ADC_DAC基础知识
图 图1.3 1.3 A/D A/D 转换器的输入输出特性及量 转换器的输入输出特性及量 化误差 化误差
1 ∆/2 2 ε q dε q ∆ ∫− ∆ / 2
(3) (4) 峰值信噪比: SNRP = 6.02m + 1.76 dB (5)
=
∆2 12
图1.4 改进的A/D 转换器的输入输出特性 及量化误差
D/A转换器
A/D 转换器
（一）全并行结构 (flash) A/D
1. 组成及原理
图2.1 3-bit flash A/D转换器框图
ADC指标测试方法
• 静态指标——码密度测试（CDT） • 动态指标——采样与FFT频谱分析
码密度测试（CDT）
• 码j的密度（码概率）对应于码宽Vj+1-Vj • 输入信号波形选择：三角波 or 正弦波? • 输入信号频率：fin与fs的关系 • 样本总数的确定
码密度测试原理——码密度与码宽度
图1.5 静态ADC指标
动态指标: • 信噪比(SNR)
是输出端信号功率与总的噪声功率的比 (通常采用正弦输入来测量)
• 信号与噪声加失真的比(SNDR)
是当输入为正弦时, 输出端信号功率与总噪声及谐波 功率的比.
• 有效位数(ENOB)
定义为:
ENOB =
SNDRp − 1.76 6.02
(8)
其中 SNDRP 是 转换器SNDR峰值的分贝表示.
• 动态范围
是满量程正弦输入功率与 SNR=0 dB 时 的正弦输入 功率的比值.
• A/D 转换器的分类
• 按采样频率划分：
– Nyquist 采样A/D – 过采样A/D
• 按性能划分：
– 高速度A/D – 高精度A/D
第九章数模（DA）和模数（AD）转换电路
第九章 数模（D/A ）和模数（A/D ）转换电路一、 内容提要模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为A/D （Analog to Digital ），把实现A/D 转换的电路称为A/D 转换器（Analog Digital Converter ADC ）；从数字信号到模拟信号的转换称为D/A （Digital to Analog ）转换，把实现D/A 转换的电路称为D/A 转换器（ Digital Analog Converter DAC ）。
ADC 和DAC 是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。
二、 重点难点本章重点内容有：1、D/A 转换器的基本工作原理（包括双极性输出），输入与输出关系的定量计算；2、A/D 转换器的主要类型（并联比较型、逐次逼近型、双积分型），他们的基本工作原理和综合性能的比较；3、D/A 、A/D 转换器的转换速度与转换精度及影响他们的主要因素。
三、本章习题类型与解题方法 DAC网络DAC 权电阻 ADC 直接ADC间接ADC权电流型DAC权电容型DAC开关树型DAC输入/输出方式 并行 串行 倒梯形电阻网络DAC这一章的习题可大致分为三种类型。
第一种类型是关于A/D 、D/A 转换的基本概念、转换电路基本工作原理和特点的题目，其中包括D/A 转换器输出电压的定量计算这样基本练习的题目。
第二种类型是D/A 转换器应用的题目，这种类型的题目数量最大。
第三种类型的题目是D/A 转换器和A/D 转换器中参考电压V REF 稳定度的计算，这种题目虽然数量不大，但是概念性比较强，而且有实用意义。
（一）D/A 转换器输出电压的定量计算【例9 -1】图9 -1是用DAC0830接成的D/A 转换电路。
DAC0830是8位二进制输入的倒T 形电阻网络D/A 转换器，若REF V =5 V ，试写出输出电压2O V 的计算公式，并计算当输人数字量为0、12n - (72)和2n -1(82-1)时的输出电压。
数字电子技术基础(第三版)第9章ADC、DAC
D/A转换器的输入与输出的关系可以表示为
y G VREF x 2n 1
式中，x表示数字输入（n位二进制表示的十进制值）， n 为D/A转换器的位数，y表示模拟输出信号，VREF为基准电压， G为增益。
六、D/A转换器的主要技术指标
A/D转换器的技术指标有：分辨率、量化误差、 采样速率、信噪比（SNR）、失真系数、温度系 数、转换时间、参考电压、输入动态范围、功耗 等。
1．分辨率
分辨率指A/D转换器在转换过程中能分辨输入模 拟信号的最小量，它与A/D转换器的位数有关。
一个输出为n位二进制数的A/D转换器，能区分 输入模拟信号2n个不同量级。 如果输入信号是电压，能区分输入模拟电压的 最小分辨率为
一、A/D和D/A转换器的方法
. V (t) .
4
C
3
B
2A
1
0000 0100 0000 0011 0000 0010
模拟信号 VB=3V
模数转换器A/D
t
00000011
数模转换器D/A
3Байду номын сангаасV
A/D和D/A转换器在现代电子技术各个领域 的应用非常广泛。在此，我们用一个简单的测 量和控制一个容器中水的温度系统为例，来简 单说明A/D和D/A转换器的应用。
分辨率= 1 5 5 =19.53（mV）
28
256
2．转换时间
转换时间是表征一个A/D转换器的转换速率。转 换时间是指从接到转换启动信号开始，到输出端获 得稳定的数字信号完成一次转换的时间。
START EOC
启动 转换时间
OE
输出允许
东北大学电子技术基础—第九章 DACADC.ppt
2020/5/4
东北大学信息学院
1
9.1 数/模转换器(DAC)
➢DAC的输入是数字信号。它可以是任何一
种编码，常用的是二进制码。输入可以是
正数，也可以是负数，通常是无符号的二
进制数。如图为D/A转换框图。
d0
d1
d2
DAC
vO
d3
DAC框图
2020/5/4
东北大学信息学院
2020/5/4
东北大学信息学院
23
双缓冲方式
(MSB) DI 7
DI 0 (LSB)
13 D
Q
14
15 八位
16 4 5
输入 寄存器
6
7D
Q
19 ILE
D
Q
八位
DAC 寄存器
D
Q
八位 DAC
8 VREF
CS 1
20 VCC
12 11
I O2 I O1
WR1 2 AGND 3
DI3 4
DAC
19 ILE 18 WR2 17 XFER
➢最小输出电压是指输入数字量只有最低 有效位为1时的输出电压；最大输出电压 是指输入数字量各位全为1时的输出电压。
2020/5/4
分辨率＝ 1 2n 1
东北大学信息学院
n越大，分辨率越 小，在相同条件下 输出的最小电压越 小。
17
9.1.3 DAC的主要技术指标
➢⒉转换误差 ➢转换误差常用满刻度FSR(Full Scale)的百分
0.039V
2020/5/4
东北大学信息学院
11
例9-2
➢已 知 倒 T 型 电 阻 网 络 DAC 的 RF=R ， VREF=10V，试分别求出四位和八位DAC 的 最大 (各 位数字 信号都 为 1)输 出电压 VOmax。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
根据叠加原理:
UO= –(D3VREF/21+ D2VREF/22 + D1VREF/23 + D0VREF/24 )
= –(D3/21+ D2/22 + D1/23 + D0/24 ) VREF
= –(VREF /24) (23 D3 + 22 D2+ 21 D1 + 20 D0)
D锁存器
DQ
DQ
7VR/8
6VR/8 5VR/8
QA QB
输 出 数 字 量
R
R
D Q QC DQ
4VR/8
3VR/8
R
R R R
UI VR/8时，输出=1 UI VR/8时，输出=0
QD
D Q QE DQ
编 码 器
D2
D1
D0
2VR/8 VR/8
QF
D Q QG
精密电阻网络（23个电阻） CP
U
O
CP
9.2 A/D转换器
9.2.1 A/D功能及分类 (1)A/D功能: 将模拟电压成正比地转换成数字量
输入模拟电压 UI
0
A/D
输出数字量 D7~D0
00000000
~
5V
分辨率:5V/255=0.0196V/ 每1个最低有效位
~ 11111111
(2)A/D转换器分类
根据内部电路不同,分为以下三类:
VREF2R /2 VV A = -1 REF
+
UO
3R/2 UO=-VREF/2
D/A转换原理(续)
R 2R R 2R S1
当D3D2D1D0=0100时
R 2R S2
3R
2R
2R S3
2R S0
+ 3R/2
+
UO
D1 D0 当D3D2D1D0=0100 时,
0
0
1
D2
2R
0
VREF D3
等效电路
D/A转换原理(续)
UO = – (VREF /24) (23 D3 + 22 D2+ 21 D1 + 20 D0)
此式表明: D/A电路输出模拟电压UO与输入的 数字量D3D2D1D0成正比
9.1.2 8位D/A转换器电路框图 VREF
D7D0
8 D 锁 存 器
电 子Байду номын сангаас开 关
电 阻 网 络
求 和 电 路
并联比较型A/D转换器中的编码器真值表
UI
VR >UI >7VR/8 7VR/8 >UI >6VR/8
QA QB QC QD QE QF QG D2 D1 D0
1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
6VR/8 >UI >5VR/8
5VR/8 >UI >4VR/8 4VR/8 >UI >3VR/8 3VR/8 >UI >2VR/8 2VR/8 >UI > VR/8 VR/8 >UI > 0
① 并联比较型
特点: 转换速度快,转换时间 10ns ~1s
② 逐次逼近型
特点: 转换速度中,转换时间 几s ~100 s
③ 双积分型
特点: 转换速度慢,转换时间 几百s ~几ms
9.2.2并联比较型A/D转换器（三位）原理
精密 参 考电压
VR R R
UI 输入模拟电压
电压比较器
UI 7VR/8时，输出=1 UI 7VR/8时，输出=0 UI 6VR/8时，输出=1 UI 6VR/8时，输出=0
8位
n= 10位
数字量 n位 D/A
模拟量 0~5V或 0~10V
12位
16位
D/A 功能(续)
4位数据: 0000 0V 分辨率: 5V/15=0.333V 1111 5V /每1个最低有效位
8位数据: 00000000
0V
分辨率:
5V/255=0.0196V
11111111
5V
/每1个最低有效位
3R
R 3R 2R
+
S3S1S0都倒向地
S2倒向VREF
V REF/4 2R 2R
AV= -1 VREF
+
UO
3R/2 U =-V O REF/4
D/A转换原理(续)
R 2R 2R S0 R 2R R 2R S2 2R
3R
2R
S3
+ 3R/2
+
UO
S1
VREF D0 D1 D2
D3
同理可推导，当D3D2D1D0=0010时， UO= –VREF/8
(2) D/A的组成
由三部分电路组成
电阻网络 模拟电子开关 求和运算放大器
D/A的组成(续)
电阻网络
R R
求和运算放大器 3R
R 2R
-
+
2R 2R S0 2R S1 2R S2
+
UO
输出 模拟 电压
2R
S3
3R/2
S0~S3:
VREF
D0
模拟电子开关
D=0, S倒向地 D=1, S倒向VREF
引言(续): A/D转换器、D/A转换器的应用
传感器
(温度、压 力、流量、 应力等）
放大器
采样/ 保持器
A/D
计算机进行各种 数字处理（如滤 波、计算）、数 据保存、打印等
显示器显示字符、 曲线、图形、图 象等
显示器
计算机
打印机
示波器
D/A
9.1 D/A 转换器
9.1.1 D/A转换器原理
(1) D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量 4位
当D3D2D1D0=0001时， UO= –VREF/16
D/A转换原理(续)
D3D2D1D0=1000时，UO= –VREF/2= –D3VREF/21 D3D2D1D0=0100时，UO= –VREF/4= –D2VREF/22 D3D2D1D0=0010时，UO= –VREF/8= –D1VREF/23
D1
D2
D3
精密参 考电压
输入4位二进制数
(3) D/A转换原理
R 2R 2R S0 R 2R
当D3D2D1D0=0000时
R 2R S2 2R
3R
2R
S3
+ 3R/2
+
UO
S1
0
D0
0
D1
0
D2
0
VREF
D3
等效电路
3R
当D3D2D1D0=0000时, S3S2S1S0都倒向地
R 3R 2R
+
3R/2
+
UO
AV= -1
UO=0V
D/A转换原理(续)
R R
当D3D2D1D0=1000时
R 2R 2R S3
3R
2R
2R S0
2R S1
2R
S2
+ 3R/2
+
UO
0
D0
0
D1
0
D2
1
VREF
D3
等效电路
3R
当D3D2D1D0=1000 时, S2S1S0都倒向地， S3倒向VREF
R 2R 3R2R
+
第 9章
数模变换器（DAC）、模数变换器（ADC）
9.1 D/A变换器 9.2 A/D变换器 9.3 计算机数据采集简介
引言
模拟信号数字信号： A/D转换器 (ADC－Analog Digital Converter)
数字信号模拟信号：
D/A转换器 (DAC－ Digital Analog Converter)
0
0 0 0 0 0