解读高速数模转换器(DAC)的建立和保持时间

信号链基础知识:高速数模转换
TI 的DAC34H84是一款 4 通道、16 位、1250 Msps 的DAC。

这样做的原因是，它是一种典型的高速数模转换器，拥有隔离输入和DAC 时钟域的输入FIFO、插值数字模块、精细频率分辨率数字正交调制、模拟正交调制器校正以及sin(x)/x 校正(请参见图1)。

本文将逐一介绍这些特性的功能和作用。

第一个数字模块是插值模块，它负责增加DAC 内部数字信号的采样速率。

一般而言，利用两倍采样速率增加步骤，来实现插值。

利用在输入采样点之间插入零来完成这项工作，其在fIF 和FIN – fIF 产生两个信号。

通过一个数字低通滤波器后，去掉了位于FIN – fIF 的第二个信号，只在fIF 留有信号。

使用插值的原因与大多数高速DAC 使用的零阶保持输出结构有关。

利用零阶保持，DAC 根据时钟周期初期的数字采样对输出振幅进行相应的设置，然后保持住，直到时钟周期和下一个输出采样末端为止。

这样便产生一种上楼梯式的输出，其频率响应如方程式 1 表示： 。

DAC电路基本原理DAC（Digital-to-Analog Converter）翻译为数模转换器，是一种将数字信号转换为模拟信号的电子设备。

DAC的基本原理是根据输入的数字信号，通过一系列的处理过程，将其转换为模拟信号输出。

1.样本保持：在DAC电路中，输入的数字信号是一个个离散的样本点，为了使得输出的模拟信号更加平滑，首先需要进行样本保持过程。

样本保持电路将输入的信号进行采样，并在一定时间内保持其值不变，以便进行后续的处理。

2.数字-模拟转换：在样本保持之后，需要将离散的数字信号转换为连续的模拟信号。

这一过程称为数字-模拟转换，在DAC电路中通常使用的是数位信号的加权求和方法。

具体而言，将离散的数字信号分成若干等级，并根据其权重进行加权求和，得到连续的模拟信号。

3.滤波：在进行数字-模拟转换后，得到的模拟信号通常包含有额外的高频噪声或者干扰。

为了去除这些噪声，需要进行滤波处理。

滤波是通过电容、电感等元件来实现的，可以将高频噪声滤除，使输出信号更加平滑。

4.放大：经过滤波后的模拟信号通常幅度较小，因此需要进行放大以得到我们需要的输出信号。

放大过程使用放大器来实现，可以将信号的幅度放大到我们需要的范围内。

5.偏置调整：部分DAC电路在输出之前需要进行偏置调整。

偏置调整是为了将输出的模拟信号调整到所需的范围内，以便与其他设备进行连接或者控制。

总结起来，DAC电路的基本原理包括样本保持、数字-模拟转换、滤波、放大和偏置调整。

这些步骤依次进行，最终将输入的数字信号转换为模拟信号输出。

通过DAC电路，可以实现数字信号到模拟信号的转换，广泛应用于音频、视频、通信等各个领域。

【关键字】精品第7章数-模转换与模-数转换第1讲数-模转换一、教学目的：1、数模转换的基本原理。

2、理解常见的数模转换电路。

3、掌握数模转换电路的主要性能指标。

二、主要内容：1、数模转换的定义及基本原理2、权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数3、DAC主要性能指标三、重点难点：权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数。

四、课时安排：2学时五、教学方式：课堂讲授六、教学过程设计复习并导入新课：新课讲解：[重点难点]权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数，逐次逼近型A/D转换器、双积分型A/D转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数。

[内容提要]本章介绍数字信号和模拟信号相互转换的基本原理和常见转换电路。

必要性与意义：自然界中，许多物理量是模拟量，电子系统中的输入、输出信号多数也是模拟信号。

而数字系统处理的数字信号却具有抗干扰能力强、易处理等优点；利用数字系统处理模拟信号的情况也越来越普遍。

由于数字系统只能对数字信号进行处理，因此要根据实际情况对模拟信号和数字信号进行相互转换。

随着计算机技术和数字信号处理技术的快速发展，在通信、自动控制等许多领域，常常需要将输入到电子系统的模拟信号转换成数字信号后，再由系统进行相应的处理，而数字系统输出的数字信号，还要再转换为模拟信号后，才能控制相关的执行机构。

这样，就需要在模拟信号与数字信号之间建立一个转换接口电路—模数转换器和数模转换器。

A/D转换定义：将模拟信号转换为数字信号的过程称为模数转换（Analog to Digital），或A/D转换。

能够完成这种转换的电路称为模数转换器（Analog Digital Converter），简称ADC。

D/A转换定义：将数字信号转换为模拟信号的过程称为数模转换（Digital to Analog），或D/A转换。

图1建立时间（setup time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器；保持时间（hold time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间，如果保持时间不够，数据同样不能被打入触发器。

如图1 。

数据稳定传输必须满足建立和保持时间的要求，当然在一些情况下，建立时间和保持时间的值可以为零。

PLD/FPGA开发软件可以自动计算两个相关输入的建立和保持时间。

个人理解：1、建立时间（setup time）触发器在时钟沿到来之前，其数据的输入端的数据必须保持不变的时间；建立时间决定了该触发器之间的组合逻辑的最大延迟。

2、保持时间（hold time）触发器在时钟沿到来之后，其数据输入端的数据必须保持不变的时间；保持时间决定了该触发器之间的组合逻辑的最小延迟。

关于建立时间保持时间的考虑华为题目：时钟周期为T，触发器D1的建立时间最大为T1max，最小为T1min。

组合逻辑电路最大延迟为T2max，最小为T2min。

问：触发器D2的建立时间T3和保持时间T4应满足什么条件？分析：Tffpd：触发器输出的响应时间，也就是触发器的输出在clk时钟上升沿到来之后多长的时间内发生变化并且稳定，也可以理解为触发器的输出延时。

Tcomb：触发器的输出经过组合逻辑所需要的时间，也就是题目中的组合逻辑延迟。

Tsetup：建立时间Thold：保持时间Tclk：时钟周期建立时间容限：相当于保护时间，这里要求建立时间容限大于等于0。

保持时间容限：保持时间容限也要求大于等于0。

由上图可知，建立时间容限＝Tclk-Tffpd(max)-Tcomb(max)-Tsetup，根据建立时间容限≥0，也就是Tclk-Tffpd(max)-Tcomb(max)-Tsetup≥0，可以得到触发器D2的Tsetup≤Tclk-Tffpd(max)-Tcomb(max)，由于题目没有考虑Tffpd，所以我们认为Tffpd＝0，于是得到Tsetup≤T-T2max。

dac数模转换器工作原理
DAC（数字模拟转换器）的工作原理主要包括两个步骤：数字信号的采样和模拟信号的重构。

在数字信号的采样阶段，DAC将输入的数字信号分解为一系列离散的采样值。

这些采样值通常是在固定的时间间隔内进行采样的。

这些采样值可以通过模数转换器（ADC）从模拟信号中获取，或者通过数字信号处理器（DSP）等设备生成。

在模拟信号的重构阶段，DAC将这些采样值转换为模拟信号。

这个过程通
常涉及到使用一种或多种模拟电路来重建原始的模拟信号。

最简单的DAC
是二进制加权电阻网络，也称为R-2R网络。

该网络由一系列电阻组成，其中每个电阻的阻值与二进制数的相应位相关联。

当输入的数字信号的某个位为1时，相应的电阻将连接到一个参考电压上，而当该位为0时，相应的电阻将连接到地。

通过这种方式，DAC可以根据输入的数字信号的每个位的
值来调整输出的模拟信号的电压。

此外，除了R-2R网络，还有其他一些常见的DAC架构，如串行接口DAC、并行接口DAC和ΔΣ（Delta-Sigma）DAC。

这些不同的架构在实现上有所不同，但基本原理是相似的：将数字信号转换为模拟信号。

总的来说，DAC的工作原理可以概括为两个主要步骤：数字信号的采样和模拟信号的重构。

通过使用不同的DAC架构，可以实现高精度、高速度和低功耗的数字到模拟信号的转换。

详谈数模转换器（DAC）的工作原理与应用数模转换器是执行转换操作的电子设备。

顾名思义，它将数字输入信号转换为模拟输出信号。

可以使用数模转换器将诸如数字音乐之类的数字信号转换为模拟声音。

它是数据转换器的一种。

数模转换器也称为数模转换器，D转换器，数模转换器转换器，D / A转换器等，数模转换器（ADC）进行反向操作。

一、数模转换器的工作原理数模转换器是用于数模转换的设备。

数字信号定义为时间离散和幅度信号离散。

同时，将模拟信号定义为时间连续和连续幅度信号。

数模转换器将定点二进制数字（适当的抽象精度数字）转换为物理测量结果。

数模转换器基于Nyquist-Shannon采样定理工作。

它指出–如果采样率大于或等于输入信号中存在的最高频率分量的两倍，则可以从其采样输出中恢复输入信号。

有几个参数可以测量数模转换器的性能。

输出信号的带宽，信噪比是一些参数。

二、数模转换器的电气符号数模转换器的符号三、数模转换器的应用1、音频处理在当今的数字化时代，音乐和其他音频以数字化格式存储。

当我们需要在扬声器或耳机中听到它们时，则必须将数字形式转换为模拟信号。

这就是为什么在每个可以播放音乐的设备中都找到数模转换器的原因，例如MP3音乐播放器，DVD播放器，CD播放器，笔记本电脑，移动电话等。

高端高保真系统使用专用的独立数模转换器。

在现代数字扬声器（例如USB扬声器，声卡等）中可以找到类似的数模转换器。

在IP语音通信中，源被数字化。

因此，需要一个数模转换器将数字化部分重构为模拟信号。

2、视频编码视频编码器系统处理视频信号并将数字信号发送到IC。

3、数字显示图形控制器通常使用查找表来生成发送到模拟输出的信号（例如RGB信号）以驱动显示器。

4、校准数模转换器可以提供动态类型的校准，以提高测试系统的精度。

5、控制电机数模转换器还用于需要电压控制信号的电动机控制设备中。

数模转换器还用于数据分配系统，数字电位计，软件无线电和许多其他地方。

O(t)=0。

电路中各信号波形如图（图1 取样电路结构(a)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C H和开关驱动电路组成。

电路中要求取样-保持电路以由多种型号的单⽚集成电路产品。

如双极型⼯艺的有AD585、AD684；混合型⼯艺的有AD1154、SHC76等。

量化与编码数字信号不仅在时间上是离散的，⽽且在幅值上也是不连续的。

任何⼀个数字量的⼤⼩只能是某个规定的最⼩数量单位的整数倍。

为将模拟信号转换为数字量，在A/D转换过程中，还必须将取样-保持电路的输出电压，按某种近似⽅式归化到相应的离散电平上，这⼀转化过程称为数值量化，简称量化。

量化后的数值最后还需通过编码过程⽤⼀个代码表⽰出来。

经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。

量化过程中所取最⼩数量单位称为量化单位，⽤△表⽰。

它是数字信号最低位为1时所对应的模拟量，即1LSB。

在量化过程中，由于取样电压不⼀定能被△整除，所以量化前后不可避免地存在误差，此误差称之为量化误差，⽤ε表⽰。

量化误差属原理误差，它是⽆法消除的。

A/D 转换器的位数越多，各离散电平之间的差值越⼩，量化误差越⼩。

量化过程常采⽤两种近似量化⽅式：只舍不⼊量化⽅式和四舍五⼊的量化⽅式。

１.只舍不⼊量化⽅式以3位A/D转换器为例，设输⼊信号v1的变化范围为0～8V，采⽤只舍不⼊量化⽅式时，取△=1V，量化中不⾜量化单位部分舍弃，如数值在0～1V之间的模拟电压都当作0△，⽤⼆进制数000表⽰，⽽数值在1～2V之间的模拟电压都当作1△，⽤⼆进制数001表⽰……这种量化⽅式的最⼤误差为△。

２.四舍五⼊量化⽅式　如采⽤四舍五⼊量化⽅式，则取量化单位△=8V/15，量化过程将不⾜半个量化单位部分舍弃，对于等于或⼤于半个量化单位部分按⼀个量化单位处理。

它将数值在0～8V/15之间的模拟电压都当作0△对待，⽤⼆进制000表⽰，⽽数值在8V/15～24V/15之间的模拟电压均当作1△，⽤⼆进制数001表⽰等。

建立时间和保持时间关系详解图1建立时间（setup time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器；保持时间（hold time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间，如果保持时间不够，数据同样不能被打入触发器。

如图1 。

数据稳定传输必须满足建立和保持时间的要求，当然在一些情况下，建立时间和保持时间的值可以为零。

PLD/FPGA开发软件可以自动计算两个相关输入的建立和保持时间。

个人理解：1、建立时间（setup time）触发器在时钟沿到来之前，其数据的输入端的数据必须保持不变的时间；建立时间决定了该触发器之间的组合逻辑的最大延迟。

2、保持时间（hold time）触发器在时钟沿到来之后，其数据输入端的数据必须保持不变的时间；保持时间决定了该触发器之间的组合逻辑的最小延迟。

关于建立时间保持时间的考虑华为题目：时钟周期为T，触发器D1的建立时间最大为T1max，最小为T1min。

组合逻辑电路最大延迟为T2max，最小为T2min。

问：触发器D2的建立时间T3和保持时间T4应满足什么条件？分析：Tffpd：触发器输出的响应时间，也就是触发器的输出在clk时钟上升沿到来之后多长的时间内发生变化并且稳定，也可以理解为触发器的输出延时。

Tcomb：触发器的输出经过组合逻辑所需要的时间，也就是题目中的组合逻辑延迟。

Tsetup：建立时间Thold：保持时间Tclk：时钟周期建立时间容限：相当于保护时间，这里要求建立时间容限大于等于0。

保持时间容限：保持时间容限也要求大于等于0。

由上图可知，建立时间容限＝Tclk-Tffpd(max)-Tcomb(max)-Tsetup，根据建立时间容限≥0，也就是Tclk-Tffpd(max)-Tcomb(max)-Tsetup≥0，可以得到触发器D2的Tsetup≤Tclk-Tffpd(max)-Tcomb(max)，由于题目没有考虑Tffpd，所以我们认为Tffpd＝0，于是得到Tsetup≤T-T2max。

数模转换器工作原理数模转换器，又称为数字模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，简称DAC），是一种将数字信号转换为模拟信号的电子设备。

数模转换器的工作原理主要涉及两个过程：采样和保持（sample and hold）以及数模转换。

采样和保持过程是数模转换器的第一步。

在这个过程中，输入的数字信号按照一定的采样频率被离散化，转换为一系列的数字样本。

这是通过采样电路来实现的，采样电路会根据采样频率周期性地读取输入信号的值，并将其保存在一个电容（或者其他保持元件）中。

通过这种方式，输入的连续信号被转换为一系列离散的样本。

接下来，这些离散的数字样本需要被转换为模拟信号。

这个过程称为数模转换。

常见的数模转换方式包括脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）、脉冲数调制（Pulse Count Modulation，PCM）和Delta-Sigma等。

其中，脉冲宽度调制是最常用的方式。

脉冲宽度调制通过将数字信号转换为不同宽度的脉冲信号来实现数模转换。

通常，输入的数字样本会被与一个固定的参考电平进行比较。

如果数字样本大于参考电平，则输出的脉冲宽度较长；如果数字样本小于参考电平，则输出的脉冲宽度较短。

这样，一系列不同宽度的脉冲信号经过滤波后，就能够形成与输入数字信号相对应的模拟信号。

最终，数模转换器会根据连续输入的数字样本序列，输出与之对应的模拟信号。

数模转换器的性能参数包括分辨率、采样率、线性度、失真等，这些参数将直接影响到数模转换器的精度和质量。

总结起来，数模转换器的工作原理主要包括采样和保持过程以及数模转换过程。

通过采样电路将输入的连续信号离散化为一系列的数字样本，然后通过数模转换器将这些数字样本转换为相应的模拟信号。

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。