第十章数模转换和模数转换
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数模转换与模数转换
数模转换与模数转换数模转换（Digital-to-Analog Conversion，简称DAC）和模数转换（Analog-to-Digital Conversion，简称ADC）是数字信号处理中常用的两种信号转换方法。
数模转换将数字信号转换为模拟信号，而模数转换则将模拟信号转换为数字信号。
本文将就数模转换和模数转换的原理、应用以及未来发展进行探讨。
一、数模转换（DAC）数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在数字系统中，所有信号都以离散的形式存在，如二进制码。
为了能够将数字信号用于模拟系统中，需要将其转换为模拟信号，从而使得数字系统与模拟系统能够进行有效的接口连接。
数模转换的原理是根据数字信号的离散性质，在模拟信号上建立相似的离散形式。
常用的数模转换方法有脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，简称PAM），脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）和脉冲位置调制（Pulse Position Modulation，简称PPM）等。
这些方法根据传输信号的不同特点，在转换过程中产生连续的模拟信号。
数模转换在很多领域有广泛应用。
例如，在音频领域，将数字音频信号转换为模拟音频信号，使得数字音频可以通过扬声器播放出来。
另外，在电信领域，将数字信号转换为模拟信号后，可以用于传输、调制解调、功率放大等过程。
二、模数转换（ADC）模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟信号具有连续的特点，而数字系统只能处理离散的信号。
因此，当需要将模拟信号用于数字系统时，就需要将其转换为数字形式。
模数转换的原理是通过采样和量化来实现。
采样是将模拟信号在时间上进行离散化，而量化是将采样信号在幅度上进行离散化。
通过这两个过程，可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
模数转换在很多领域都有应用。
例如，在音频领域，将模拟音频信号转换为数字音频信号，使得音频信号可以被数字设备处理和存储。
《电工电子技术》(曹建林) PPT课件：10.3 数模和模数转换
D0 I∑
△
−∞
+ +
UO
S3
S2
S1
S0
2R
2R
2R
2R 2R
−I2
4−I
8−I
1—I6
1—I6
UREF
I C R −I2 B R −4I A R −8I
图10.3.3 4位倒T形电阻网络D/A转换器
10.3 数/模和模/数转换
D/A转换
A/D转换
（2） 工作原理
电子开关S3、S2、S1、S0分别受输入数字信号D3D2D1D0的控制，开关的两种
D/A转换
A/D转换
将式（10.3.2）代入式（10.3.1）得 I∑＝ —URR—EF（D323+D222+D121+D020）
（10.3.3）
因此反相求和运算电路的输出电压为：
UO＝−IFRF＝−i∑RF＝ − —U2R—4ERF—RF（D323+D222+D121+D020） (10.3.4)
D/A转换
A/D转换
D/A转换器通常由译码网络、模拟开关、求和运算放大电路和基准电压源等 部分组成。
根据译码网络的不同，可以构成多种D/A转换电路，如例T形电阻网络、权 电流网络D/A转换器等。
基准电压
n位代 码输入
数码寄存器
模拟开关
译码网络
求和放大器
模拟电 压输出
图10.3.2 n位D/A转换器方框图
第10章 集成555定时器
10.3 数/模和模/数转换
无锡科技职业学院
Wuxi Professional College of Science and Technology
数模模数转换ppt课件
AD7520的主要性能参数如下：
分辨率：10位 线性误差：±(1/2)LSB〔LSB表示输入数字量最低位〕，假设 用输出电压满刻度范围FSR的百分数表示那么为0.05%FSR。 转换速度：500ns 温度系数：0.001%/℃
D0～D9：数据输入端 IOUT1：电流输出端1 IOUT2：电流输出端2 Rf：10KΩ反响电阻引出端Vcc：电源输入端 UREF：基准电压输入端 GND：地。
10.1.2 倒T形电阻网络DAC
2. 任务原理
因此流过四个2R电阻的电流分别为I/2、I/4、I/8、I/16。电流 是流入地，还是流入运算放大器，由输入的数字量Di经过控 制电子开关Si来决议。故流入运算放大器的总电流为：
III I I D 3D 2D 1 D 0
2 4 8 16
10.1.2 倒T形电阻网络DAC
10.1.3 DAC的主要技术参数
1.分辨率 分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出电压之比。
输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最低位为1，其他 各位均为0时的输出电压。满量程输出电压就是对应于输入数字 量全部为1时的输出电压。
对于n位D/A转换器，分辨率可表示为：
1 分辨率 ＝ 2 n 1 2. 转换速度
任务过程：
③ 比较阶段：在t=t1时辰，S1接通B点，-UREF加到积分器的 输入端，积分器开场反向积分，uO开场从Up点以固定的斜率 上升，假设以t1算作0时辰，此时有
u O U P R 10 tC ( U RE )d F t 2 R n T C U C I U R RE tC F
当t＝t2时，uO正好过零， uC翻转为0，G1封锁， 计数器停顿计数。在T2 期间计数器所累计的CP 脉冲的个数为N，且有 T2＝NTC。
数模和模数转换
通过模数转换，将模拟信号转换为数字信号， 实现过程控制和反馈控制。
自动控制系统
通过模数转换，实现模拟信号与数字信号之 间的转换，构建自动控制系统。
05
数模和模数转换的挑战与未 来发展
精度和分辨率的提高
总结词
随着技术的发展，对数模和模数转换 的精度和分辨率的要求越来越高。
详细描述
为了满足高精度和分辨率的需求，需 要采用先进的工艺、算法和校准技术， 以提高转换器的性能。这涉及到对噪 声抑制、非线性校正等方面的深入研 究和技术创新。
重要性
实现数字信号和模拟信号之间的相互转换，使得数字系统和模拟系统能够进行有效 的信息交互。
在信号处理中，数模和模数转换是实现信号滤波、放大、调制解调等操作的基础。
在通信中，数模和模数转换是实现信号传输、编解码、调制解调等操作的关键环节。
历史背景
早期的数模和模数转换器主要依 赖于机械和电子元件，精度和稳
于长距离传输和低功耗应用。
Σ-Δ DAC
03
Σ-Δ DAC采用过采样和噪声整形技术，具有高分辨率和低噪声
的特点，适用于音频和其他高精度应用。
DAC的应用
音频处理
DAC可将数字音频信号转换为模拟音频信号，用 于音频播放和处理。
仪器仪表
DAC可用于将数字信号转换为模拟信号，实现各 种物理量的测量和输出。
测量仪器
ADC在测量仪器中应用广泛，如电压表、电 流表、温度计等。
控制系统
ADC在控制系统中用于实时监测和调节系统 参数，如工业控制、汽车电子等。
音频处理
ADC在音频处理中用于将模拟音频信号转换 为数字信号，便于存储、传输和处理。
04
数模和模数转换的应用场景
音频处理
自动控制系统
通过模数转换，实现模拟信号与数字信号之 间的转换，构建自动控制系统。
05
数模和模数转换的挑战与未 来发展
精度和分辨率的提高
总结词
随着技术的发展，对数模和模数转换 的精度和分辨率的要求越来越高。
详细描述
为了满足高精度和分辨率的需求，需 要采用先进的工艺、算法和校准技术， 以提高转换器的性能。这涉及到对噪 声抑制、非线性校正等方面的深入研 究和技术创新。
重要性
实现数字信号和模拟信号之间的相互转换，使得数字系统和模拟系统能够进行有效 的信息交互。
在信号处理中，数模和模数转换是实现信号滤波、放大、调制解调等操作的基础。
在通信中，数模和模数转换是实现信号传输、编解码、调制解调等操作的关键环节。
历史背景
早期的数模和模数转换器主要依 赖于机械和电子元件，精度和稳
于长距离传输和低功耗应用。
Σ-Δ DAC
03
Σ-Δ DAC采用过采样和噪声整形技术，具有高分辨率和低噪声
的特点，适用于音频和其他高精度应用。
DAC的应用
音频处理
DAC可将数字音频信号转换为模拟音频信号，用 于音频播放和处理。
仪器仪表
DAC可用于将数字信号转换为模拟信号，实现各 种物理量的测量和输出。
测量仪器
ADC在测量仪器中应用广泛，如电压表、电 流表、温度计等。
控制系统
ADC在控制系统中用于实时监测和调节系统 参数，如工业控制、汽车电子等。
音频处理
ADC在音频处理中用于将模拟音频信号转换 为数字信号，便于存储、传输和处理。
04
数模和模数转换的应用场景
音频处理
计算机原理第十章模数和数模转换.ppt
A/D接口电路设计
各管脚功能
✓IN0～IN7 输入，8路模拟输入; ✓DB0～DB7 三态输出，A/D转换数据输出线; ✓ADDA，ADDB，ADDC 输入，模拟通道选择线; ✓ALE 输入，地址锁存允许，上升沿将ADDA、ADDB、ADDC三位地址信号 锁 存，译码选通对应模拟通道; ✓REF(+)/REF(-) 输入，基准电压输入端，且要求1/2[VREF(+)+VREF(-)]=1/2Vc ✓START 输入，转换开始。在模拟通道选通地址锁存之后，向START端加一 正脉冲启动转换过程，脉冲上升使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开 始。 ✓EOC 输出，转结束信号。在转换进行过程中EOC为低电平；当转换结束， 数据已锁存在输出锁存器之后，EOC变为高电平。EOC作为被查询的状态信 号，也可用来申请中断; ✓OE(Output Enable)输入，输出允许。此端加一高电平时，可打开ADC0809 的输出三态缓冲器，使数据放到数据总线上，以供CPU读入; ✓CLK 输入，时钟; ✓Vcc输入，电源，+5V; ✓GND 地。
（3）保持电压的衰减率：在保持状态下，由于保持电容器
的漏电和其他杂散漏电流引起的保持电压衰减。
ADS5547片内集成SHA
ADS5547片内集成SHA
MAX108的片内SHA
MAX108 : 1.5Gsps 8bitADC with 2.2GHz SHA
数据采集系统的组成
对于高速多通道数据采集系统，以及需要 各通道同时采集数据的系统，通常是让每个 通道各自具有采样保持器与A/D变换器。
✓ VCC ：电源电压，+5～+15V; ✓ AGND、DGND：分别为模拟地和数字地。
数模转换和模数转换PPT课件
第10章 数-模转换和模-数转换
在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换 器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也 有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大 类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成 相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信 号先被转换成某种中间变量（如时间、 频率等），然后 再将中间变量转换为最后的数字量。
分辨率
U Um
1 2n 1
分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越
灵敏。 而分辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率
越高。
第10章 数-模转换和模-数转换
2. 转换精度是实际输出值与理论计算值之差，这种差 值，由转换过程各种误差引起, 主要指静态误差，它包括：
① 非线性误差。它是电子开关导通的电压降和电 阻网络电阻值偏差产生的，常用满刻度的百分数来表示。
递减， 流入运算放大器的电流为
22
D1
I 2n1
D0
I 2n
I 2n
( Dn 1 2n 1
Dn2 2n2
D1 21
D0 20 )
I 2n
n 1
Di 2i
i0
第10章 数-模转换和模-数转换
运算放大器的输出电压为
U I
第10章 数-模转换和模-数转换
集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲， 主要是减少输出模拟信号负载变化的影响，并将电流转 换为电压输出。
当Di=1时，Si将相应的权电阻Ri=2n-1-iR与基准电
压UR接通，此时，由于运算放大器负输入端为虚地，该支
路产生的电流为
在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换 器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也 有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大 类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成 相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信 号先被转换成某种中间变量（如时间、 频率等），然后 再将中间变量转换为最后的数字量。
分辨率
U Um
1 2n 1
分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越
灵敏。 而分辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率
越高。
第10章 数-模转换和模-数转换
2. 转换精度是实际输出值与理论计算值之差，这种差 值，由转换过程各种误差引起, 主要指静态误差，它包括：
① 非线性误差。它是电子开关导通的电压降和电 阻网络电阻值偏差产生的，常用满刻度的百分数来表示。
递减， 流入运算放大器的电流为
22
D1
I 2n1
D0
I 2n
I 2n
( Dn 1 2n 1
Dn2 2n2
D1 21
D0 20 )
I 2n
n 1
Di 2i
i0
第10章 数-模转换和模-数转换
运算放大器的输出电压为
U I
第10章 数-模转换和模-数转换
集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲， 主要是减少输出模拟信号负载变化的影响，并将电流转 换为电压输出。
当Di=1时，Si将相应的权电阻Ri=2n-1-iR与基准电
压UR接通，此时，由于运算放大器负输入端为虚地，该支
路产生的电流为
数-模与模-数转换
4）转换时间。完成一次A/D所需的时间称为转换时间。各类A/D转换 器的转换时间有很大差别，取决于A/D转换的类型和转换位数。速度 最快的达到ns级，慢的约几百ms。
直接A/D型快，间接A/D型慢。并联比较型A/D最快，约几十ns；逐次 渐近式A/D其次，约几十μs；双积分型A/D最慢，约几十ms～几百ms 。
模拟电子开关的导通压降、导通电阻和电阻网络中电阻的误差等因素 有关。
2021/8/13
5
3）温度系数。在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度 变化而变化的量，称压变化的值。
4）建立时间。完成一次D/A转换所需时间。一般小于1μs 。
功能。当采样脉冲us到来后，采样管VT导通，输入的模拟 信号uA经过VT管向电容C充电。在采样脉冲结束后，采样 管VT截止，若电容和场效应管的漏电都很小，运算放大器
的输入阻抗又很高，那么两次采样之间的时间内，电容没
有泄漏电荷，其电压基本保持不变。
2021/8/13
10
3）量化与编码。所谓量化就是将采样/保持后得到的样本值在幅值上以一定的 级数离散化，用最小量化单位的倍数来表示采样保持阶梯波离散电平的过程。
例如，对于一个8位D/A转换器，其分辨率为：1/(281)=1/255≈0.00392=0.392%
2）转换精度。转换精度是指输出模拟电压实际值与理论值之差，即最 大静态误差。
转换精度与D/A转换器的分辨率、非线性转换误差、比例系数误差和温
度系数等参数有关。这些参数与基准电压UREF的稳定、运放的零漂、
电子技术基础与技能
数/模与模/数转换
2021/8/13
1. 数模转换和模数转换基本概念 数字电路和计算机只能处理数字信号，不能处理模拟信号。若
数模和模数转换
详细ห้องสมุดไป่ตู้述
按位数分类，数模转换器可分为二进制数模转换器和十进制 数模转换器。按工作方式分类，数模转换器可分为静态数模 转换器和动态数模转换器。按输入/输出接口分类，数模转换 器可分为独立式和并联式数模转换器等。
02
模数转换器（ADC）
定义
模数转换器（ADC）是一种将模拟信 号转换为数字信号的电子设备。它通 过一系列的电子和逻辑电路，将连续 的模拟信号转换为离散的数字信号。
04
数模和模数转换的挑战与解 决方案
量化误差
要点一
总结词
量化误差是由于数模转换器（DAC） 或模数转换器（ADC）的有限分辨率 和动态范围引起的误差。
要点二
详细描述
量化误差是由于数模转换器或模数转 换器的有限分辨率和动态范围引起的 误差。在数模转换中，量化误差表现 为输出模拟信号的不连续性，而在模 数转换中，量化误差表现为输入模拟 信号的失真。
像。
图像识别与处理
02
通过数模转换将图像从模拟信号转换为数字信号，进行图像识
别、分析和处理。
图像压缩与传输
03
利用数模转换技术对图像数据进行压缩和传输，提高传输效率
和降低存储成本。
通信系统
01
02
03
数字信号传输
数模转换将数字信号转换 为模拟信号，用于调制解 调器进行数据传输。
频分复用
通过模数转换将不同频率 的模拟信号转换为数字信 号，实现频分复用，提高 通信容量。
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用一个比较器和逐位逼近的方法，通过 逐步调整参考电压来逼近输入电压，最终得到数字输出。 它的分辨率较高，但转换速率相对较慢。
积分型ADC
积分型ADC通过测量输入电压引起的电容充电时间来得到 数字输出。它的分辨率较高，但受限于积分器的线性度和 稳定性。
按位数分类，数模转换器可分为二进制数模转换器和十进制 数模转换器。按工作方式分类，数模转换器可分为静态数模 转换器和动态数模转换器。按输入/输出接口分类，数模转换 器可分为独立式和并联式数模转换器等。
02
模数转换器（ADC）
定义
模数转换器（ADC）是一种将模拟信 号转换为数字信号的电子设备。它通 过一系列的电子和逻辑电路，将连续 的模拟信号转换为离散的数字信号。
04
数模和模数转换的挑战与解 决方案
量化误差
要点一
总结词
量化误差是由于数模转换器（DAC） 或模数转换器（ADC）的有限分辨率 和动态范围引起的误差。
要点二
详细描述
量化误差是由于数模转换器或模数转 换器的有限分辨率和动态范围引起的 误差。在数模转换中，量化误差表现 为输出模拟信号的不连续性，而在模 数转换中，量化误差表现为输入模拟 信号的失真。
像。
图像识别与处理
02
通过数模转换将图像从模拟信号转换为数字信号，进行图像识
别、分析和处理。
图像压缩与传输
03
利用数模转换技术对图像数据进行压缩和传输，提高传输效率
和降低存储成本。
通信系统
01
02
03
数字信号传输
数模转换将数字信号转换 为模拟信号，用于调制解 调器进行数据传输。
频分复用
通过模数转换将不同频率 的模拟信号转换为数字信 号，实现频分复用，提高 通信容量。
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用一个比较器和逐位逼近的方法，通过 逐步调整参考电压来逼近输入电压，最终得到数字输出。 它的分辨率较高，但转换速率相对较慢。
积分型ADC
积分型ADC通过测量输入电压引起的电容充电时间来得到 数字输出。它的分辨率较高，但受限于积分器的线性度和 稳定性。
第十章十一章数模及模数转换
5
③精度
指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误 差。有绝对误差和相对误差两种。 前者一般采用数字量的最低有效位作为衡量单 位。后者则用：输出量绝对误差/满量程×100％。 例如，一个数模转换器精度为±1/2LSB，表示该 转换器的实际输出值与其理想输出值间最大偏差 为最低有效位所对应的模拟输出值的一半。 再如，某分辨率为8位的D/A转换器。其精度为 ±1/2LSB。如果用相对误差表示其精度，则它的 精度是： (±1/2LSB×△)/(△×28)=(±1/2LSB)/28=(±1/2)/28 =±1/512。
20
对要求多片DAC0832同时进行转换的系统， 各芯片的选片信号不同，这样可由选片信号CS与 WR1将数据分别输入到每片的输入寄存器中。各片 的XFER与WR2分别接在一起，公用一组信号，在 XFER与WR2同时为低电平时，数据将在同一时刻由 8位输入寄存器传送到对应的8位DAC寄存器，并 靠WR2或XFER的上升沿将信号锁存在DAC寄存器中， 与此同时，多个DAC0832芯片开始转换，其时间 关系如图所示。
两个8位输入寄存器可以分别选通，从而使 DAC0832实现双缓冲工作方式，即可把从CPU 送来的数据先打入输入寄存器，在需要进行转 换时．再选通DAC寄存器，实现D/A转换，这种 工作方式称为双缓冲工作方式。
17
各引脚功能说明如下： ILE：输入锁存允许信号，输入，高电平有效。 CS：片选信号，输入、低电平有效，与ILE共同 决定WR1是否起作用。
19
IOUT2：DAC电流输出2， RFB：片内反馈电阻引脚，与外接运算放大器 配合构成I/V转换器。 VREF：参考电源或叫基准电源输入端，此端 可接一个正电压或一个负电压，范围为： +10V~ -10V，由于它是转换的基准，要求电压 准确、稳定性好。 VCC：芯片供电电压端．范围为+5V~+15V， 最佳值为+15V。 AGND：模拟地，即芯片模拟电路接地点，所 有的模拟地要连在一起。 DGND：数字地，即芯片数字电路接地点。所 有的数字电路地连地一起。使用时，再将模拟地 和数字地连到一个公共接地点，以提高系统的抗 干扰能力。
第10章数模变换器和模数变换器PPT课件
当1101输入后，输出电压：u o
U REF 24
(1 20
1 21
0 22
1 23)
11 UREF 16
二、 权电阻D/A变换器
1、电路组成
23R 22R
2R
R
I0
I1
I2
I3
S0
S1
S2
S3
UREF
R/2
－
A
uO
+
u o
U REF 2n
n 1
di 2i
i0
d0
d1
d2
d3
2、工作原理 3、说明
和权电阻网络相比，T形解码网络中电阻的类型少，
只有R、2R两种，电路构成比较方便。
2、工作原理
（1）T型电阻网络的简化
三、T型电阻网络D/A转换器
1、电路组成
3R －
R R R 2R
A
uO
2R 2R 2R 2R 2R I/16 +
S0
S1
S2
S3
UREF
2、工作原理
d0
d1
（1）T型电阻网络的简化
n 1
di
i0
2i
输出的模拟电压正比于输入的数字量，因而实现了从数字 量到模拟量的变换。
二、 权电阻D/A变换器
1、电路组成
23R 22R
2R
R
I0
I1
I2
I3
S0
S1
S2
S3
UREF
R/2
－
A
uO
+
u o
U REF 2n
n 1
di 2i
i0
d0
d1
数模与模数转换 课件
＊9
DC
BA
D′ C′
二、工作原理：
B′ A′
1、根据运放A线性运用时的虚短（现为虚地）法则， 无论Si打向何处，与之相连的2R电阻均接“地”；即流 经2R电阻的电流与Si的位置无关。
2、则从D、C、B、A向左看的二端网络的等效电阻 均为R。
则，从基准电压源提供的总电流I=VREF/R； ＊ 10
–VEE
电压恒定
R
R
R
O
= iRf
=
Rf VREF 24R1
(D3
23
+
D2
22
+
D1
21
+
D0
20 )
多发射极
三极管＊ 19
8.2.5 D/A转换器的输出方式
一、单极性输出:
若输入二进制数的每一位都是数字位，即均为正 数，输出模拟电压为0V~±满度值。
则，选择不同的电路形式或不同的参考电压极性 即可实现。
运放A2组成反相求和电路,
3、双极性输出的D/A转换器电路:
(补码)NB
2R1
D7 D6 D5……. D0
• 8位倒T型电阻 VREF 网络D/A
i∑ Rf=R
•
－
+
A1
v1• R1
R1
•
－
A2 +
•vo
＊ 26
vo
=
−v1
−
1 2
VREF
=
−(−
NB
+ 2n−1 2n
VREF )
−
VREF 2
=
D
C
BA
D′ C′
B′ A′
3、流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。 即：流入各开关支路的电流（从右至左）分别为I/2、 I/4 、 I/8 、 I/16 。
DC
BA
D′ C′
二、工作原理：
B′ A′
1、根据运放A线性运用时的虚短（现为虚地）法则， 无论Si打向何处，与之相连的2R电阻均接“地”；即流 经2R电阻的电流与Si的位置无关。
2、则从D、C、B、A向左看的二端网络的等效电阻 均为R。
则，从基准电压源提供的总电流I=VREF/R； ＊ 10
–VEE
电压恒定
R
R
R
O
= iRf
=
Rf VREF 24R1
(D3
23
+
D2
22
+
D1
21
+
D0
20 )
多发射极
三极管＊ 19
8.2.5 D/A转换器的输出方式
一、单极性输出:
若输入二进制数的每一位都是数字位，即均为正 数，输出模拟电压为0V~±满度值。
则，选择不同的电路形式或不同的参考电压极性 即可实现。
运放A2组成反相求和电路,
3、双极性输出的D/A转换器电路:
(补码)NB
2R1
D7 D6 D5……. D0
• 8位倒T型电阻 VREF 网络D/A
i∑ Rf=R
•
－
+
A1
v1• R1
R1
•
－
A2 +
•vo
＊ 26
vo
=
−v1
−
1 2
VREF
=
−(−
NB
+ 2n−1 2n
VREF )
−
VREF 2
=
D
C
BA
D′ C′
B′ A′
3、流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。 即：流入各开关支路的电流（从右至左）分别为I/2、 I/4 、 I/8 、 I/16 。
电路数模转换与模数转换理解模拟与数字信号的转换
电路数模转换与模数转换理解模拟与数字信号的转换在现代电子技术中，模拟信号和数字信号的转换是非常重要的。
模拟信号是连续变化的，它可以应用于音频、视频和传感器等领域。
而数字信号是离散的，能够以二进制形式表示，广泛应用于计算机和通信系统。
为了实现模拟和数字信号之间的转换，人们发展了数模转换和模数转换技术。
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。
在这个过程中，将离散的数字信号转换为连续变化的模拟信号。
数模转换器（DAC）是实现这一转换的关键设备。
数模转换的基本原理是根据数字信号的大小，控制输出信号的幅度。
数模转换器内部存储有一系列的数字值，通过选择合适的数字值，即可获得所需的输出模拟信号。
数模转换器通常包括采样和保持电路、数字/模拟转换电路和滤波电路。
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。
在这个过程中，将连续变化的模拟信号转换为离散的二进制数字信号。
模数转换器（ADC）是实现这一转换的关键设备。
模数转换的基本原理是通过对模拟信号进行采样和量化，再将采样和量化数据编码为二进制形式。
模数转换器通常包括滤波电路、采样电路、量化电路和编码电路。
3. 模拟与数字信号的转换应用模拟与数字信号的转换应用广泛，下面以音频和通信领域为例进行讨论。
3.1 音频领域在音频领域，模拟与数字信号的转换被广泛应用于音频播放和录制设备中。
通过ADC将声音转换为数字信号后，可以方便地进行数字处理和存储。
而通过DAC将数字信号转换为模拟信号后，可以驱动扬声器产生声音。
3.2 通信领域在通信领域，模拟与数字信号的转换被广泛应用于调制解调器和通信系统中。
调制解调器通过模数转换将模拟信号转换为数字信号用于传输，再通过数模转换将数字信号转换为模拟信号用于接收。
这种方式可以有效地提高通信系统的抗干扰性能和信息传输速率。
总结：电路中的数模转换和模数转换是实现模拟与数字信号转换的重要技术。
数模转换器和模数转换器在音频、通信等领域具有广泛的应用。
《数模和模数转换》课件
量化
将采样得到的样值进行量 化处理，将连续的模拟量 转化为离散的数字量。
编码
将量化后的数字量转换成 二进制或多进制的数字代 码。
ADC的分类
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用逐次比较的 方法，将输入模拟信号与内部参 考电压进行比较，逐步逼近输入 信号的电压值。
并行比较型ADC
并行比较型ADC采用多个比较器 ，将输入模拟信号与多个参考电 压进行比较，以得到输入信号的 数字代码。
此外，新型封装技术的采用也将有助于减小转换器的尺寸。例如 ，采用球栅阵列封装(BGA)和晶片级封装(WLP)等新型封装技术 ，可以减小封装体积并提高集成度。
PART 05
总结
数模和模数转换的重要性和应用领域
01
重要性和应用领域
数模和模数转换是数字信号处理中的关键技术，广泛应用于通信、雷达
、音频处理、图像处理等领域。通过数模和模数转换，可以实现信号的
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• 数模转换器（DAC） • 模数转换器（ADC） • 数模和模数转换的应用 • 数模和模数转换的未来发展 • 总结
PART 01
数模转换器（DAC）
DAC工作原理
数字信号输入
将数字信号输入到DAC中。
PART 03
数模和模数转换的应用
音频处理
数字音频播放
将模拟音频信号转换为数字信号，通 过数字音频播放器进行播放，可以实 现更高质量的音频输出。
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I3
VREF R
+VREF
IREF R
I3 2R
I2 4R
I1 8R
I0
S3
S2
S1
S0
i
设RF=R/2
iF RF
－ uo
+
d3
d2
d1
d0
⒉ 转换原理
i I0d0 I1d1 I2d2 I3d3
VREF 8R
d0
VREF 4R
d1
VREF 2R
d2
VREF R
d3
⒊输出
VREF 23 R
2R
2R
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
+VR
d0
d1
d2
d3
电子开关：d＝1→接“VR”;d=0 →接“地”
⒉ 转换原理 ① VR通过S0到D点
的电压值 S0接VR S1 S2 S3接地
等效电路：
2R A 2R
2R +VR
R B 2R
+VA 2R
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
2R
2R
I∑
－ P
uo
+
S0
S1
S2
S3
2R
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3
R
R
R
P’ VR
I'0 D I'1 C I'2 B I'3 A I
注：1、电子开关置于电阻网络和运放之间。 di＝1电流入P点（虚地）， di＝0电流入地（实地）。
d0
d1
d2
d3
起相应的VD ，影响工作速度。
③ 各开关动作时间不同，输出可能产生尖脉冲。
如：1000 → 0111的转换：
可能为1000 → 0000→0100→ 0110 → 0111
产生尖脉冲
Uo 1000
0110 0111 0100
t
0000
四、倒T型电阻网络DAC
⒈电路
d0
d1
d2
d3
RF
输入
…
uo 或 io
D/A
输出
dn－1
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 )
uo(V)
7
6
2
5
转 换 特
4 3
2 1
性பைடு நூலகம்
0
输入为3位二进制数 时的D/A转换特性。
D
000 001 010 011 100 101 110 111
转换特性:指输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。
二、二进制权电阻网络DAC
⒈电路
+VREF
IREF R
I3 2R
I2 4R
I1 8R
I0
参
S3
S2
S1
S0
iF RF
考
i
电
－
压
uo +
d3
d2
d1
d0
求和 电路
电子开关：d＝1→接“-”;d=0 →接“+” 不论d接哪端（虚地或实地），各支路电流不变。
I0
VREF 8R
I1
VREF 4R
I2
VREF 2R
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
+VR
d0
d1
d2
d3
VA
R 2R
R VR
VR 3
VB
R R RVA
VA 2
1 VR 23
同理：
VC
VB 2
1 VR 43
VD
VC 2
1 VR 83
所以，当d3d2d1d0＝0001
时
VD
1 8
VR 3
同理，当d3d2d1d0＝0010
时
VD
1 4
VR 3
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(Digital-to-Analog Converter)。
数
DAC
多 路
功率放大
执行机构
开
…
…
加热炉
…
字 控
关
功率放大
执行机构
加热炉
制
计 算 机
ADC
多
信号放大 温度传感器
路
…
…
开 关
信号放大
温度传感器
温控系统中D/A和A/D运用示意 图
虽然模拟量是无限可分的、连续的，数字量是离散的，数 字量永远也不能精确地描述模拟量，但由于我们对客观世界的 了解、描述并不总需要极高的精度，所以选择适当精度的数字 量来描述模拟量是完全够用的。
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。
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(Analog-to-Digital Converter)；
第十章 数模和模数转换
第一节 D/A转换器 第二节 A/D 转换器
本章学习要求
概述
计算机系统是一个数字系统、离散系统，而我们生活的外 部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够了解外部世界， 对外部事物进行处理，就必须有一个将模拟量转换为数字量、 将数字量转换为模拟量的接口，这就是常说的 A/D和 D/A。
当d3d2d1d0＝0100
时
VD
1 2
VR 3
当d3d2d1d0＝1000
时
VD
VR 3
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
2R
2R
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
+VR
d0
d1
d2
d3
② d3d2d1d0为任意值时 D点的电压值：
VD
VR 3
d3
VR 23
d2
VR 43
d1
VR 83
d0
VR 23 3
(d3
23
d2
22
d1
21
d0
20
)
VREF 23 R
NB
uo RF iF
RF R
VREF 23
NB
NB d3 23 d2 22 d1 21 d0 20 给定数字量
RF=R/2
uo
VREF 24
NB
三、T型电阻网络DAC
⒈电路
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
(23 d3
22 d2
21d1
20 d0 )
VR 23
3
N
B
输出：VO
Rf 2R
VD
Rf 2R
VR 23 3
NB
取Rf＝3R:
VO
VR 24
NB
⒊特点
①开关在电阻网络和
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
2R
2R
2R
+
uo
S0
S1
S2
S3
VR之间。
+VR
②当Si由地→ VR时，需建立
理想的D/A转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。
即：输出模拟电压 uo=Ku×D ;Ku电压转换比例系数. 输出模拟电流 io=Ki×D ;Ki电流转换比例系数， （D :输入二进制数所代表的十进制数。）
如果输入为n位二进制数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为：
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 )
给定数字量的D/A转换过程：
⑴按权展开，求相应位的模拟量； ⑵相加求和，求总的模拟量；
DAC的一般构成： ⑴电阻网络：实现按权展开； ⑵电子开关: 给定数字量；
存在多种网 络形式。
由晶体管或MOS 管组成。
⑶求和电路: 完成模拟量相加。
由运放组成 。
常见DAC转换方法
二进制权电阻网络DAC 二进制权电流DAC T型电阻网络DAC 倒T型电阻网络DAC
本章将简单介绍D/A转换器和A/D转换器的几种主要形式。
§1 D/A转换器(DAC)
一、D/A转换器的基本原理和转换特性
1 基
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
本 总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量
原 理
到模拟量的转换。
d0
d1