ad转换器和da转换器

第九章 A/D 转换器和D/A 转换器一、填空题1.（11-1易）D/A 转换器是把输入的________转换成与之成比例的_________。

2.（11-1中）倒T 形电阻网络D/A 转换器由___________、__________、_________及_____________组成。

3.（11-1易）最小输出电压和最大输出电压之比叫做__________,它取决于D/A 转换器的________。

4.（11-1中）精度指输出模拟电压的_________和_________之差，即最大静态误差。

主要是参考电压偏离__________、运算放大器____________、模拟开关的________、电阻值误差等引起的。

5.（11-1易）D/A 转换器输出方式有____________、__________和__________。

6.（11-2易）采样是将时间上___________（a.连续变化，b.断续变化）的模拟量，转换成时间上_________（a.连续变化，b.断续变化）的模拟量。

7.（11-2）参考答案：1.数字量/数字信号，模拟量/模拟信号2.译码网络，模拟开关，求和放大器，基准电源1. 分辨率 位数2. 实际值 理论值 标准值 零点漂移 压降3. 单极性同相输出 单极性反相输出 双极性输出4. a b二、选择题1.（11-2中）将采样所得的离散信号经低通滤波器恢复成输入的原始信号，要求采样频率s f 和输入信号频谱中的最高信号max i f 的关系是（ ）。

A ．max 2s i f f ≥B ．max s i f f ≥C ．max s i f f =D ． max s i f f <2.（11-2易）下列不属于直接型A/D 转换器的是（ ）。

A ．并行A/D 转换器B ．双积分A/D 转换器C ．计数器A/D 转换器 D ．逐次逼近型A/D 转换器三、判断题（正确打√，错误的打×）1.（11-2易）采样是将时间上断续变化的模拟量，转换成时间上连续变化的模拟量。

AD和DA转换在数字系统的应用中，通常要将一些被测量的物理量通过传感器送到数字系统进行加工处理;经过处理获得的输出数据又要送回物理系统，对系统物理量进行调节和控制。

传感器输出的模拟电信号首先要转换成数字信号，数字系统才能对模拟信号进行处理。

这种模拟量到数字量的转换称为模-数(A/D)转换。

处理后获得的数字量有时又需转换成模拟量，这种转换称为数-模(D/A)变换。

A/D变换器简称为ADC和D/A变换器简称为DAC是数字系统和模拟系统的接口电路。

第一节基本概念一、D/A变换D/A变换器一般由变换网络和模拟电子开关组成。

输入n位数字量D(=D…DD)n-110分别控制这些电子开关，通过变换网络产生与数字量各位权对应的模拟量，通过加法电路输出与数字量成比例的模拟量。

(1)变换网络变换网络一般有权电阻变换网络、R-2RT型电阻变换网络和权电流变换网络等几种。

?、权电阻变换网络n-1-i 权电阻变换网络如图8-1所示，每一个电子开关S所接的电阻R等于2R(i=0,n-1)，iin-1即与二进制数的位权相似，R=2R，R=R。

对应二进制位D=1时，电子开关S合上，0n-1iiR上流过的电流 iI=V/R。

iREFin-1令V/2R=I，则有 REFREFi I=2I， iREF即R上流过对应二进位权倍的基准电流，R称为权电阻。

iin-1 权电阻网络中的电阻从R到2R成倍增大，位数越多阻值越大，很难保证精度。

Rf? - … … v I- O n1 + IiI 0+ RRRR R--2 n1 ni 1 0S -S S S -2n1S i0n1V REFDDDD D --n1 n2 I 1 0图8-1 权电阻D/A变换器?、R-2R电阻变换网络R-2R电阻网络中串联臂上的电阻为R，並联臂上的电阻为2R，如图8-2所示。

从每个並联臂2R电阻往后看，电阻都为2R，所以流过每个与电子开关S相连的2R 电阻的电流Iii是前级电流I的一半。

AD和DA转换器的分类及其主要技术指标AD和DA转换器（Analog-to-Digital and Digital-to-Analog converters）是电子设备中常用的模数转换器和数模转换器。

AD转换器将连续的模拟信号转换成对应的离散数字信号，而DA转换器则将离散的数字信号转换成相应的连续模拟信号。

本篇文章将介绍AD和DA转换器的分类以及它们的主要技术指标。

一、AD转换器分类AD转换器主要分为以下几个类型：1.逐次逼近型AD转换器（Successive Approximation ADC）逐次逼近型AD转换器是一种常见且常用的AD转换器。

它采用逐渐逼近的方法逐位进行转换。

其基本原理是将模拟输入信号与一个参考电压进行比较，不断调整比较电压的大小，确保比较结果与模拟输入信号的差别小于一个允许误差。

逐次逼近型AD转换器的转换速度相对较快，精度较高。

2.模数积分型AD转换器（Sigma-Delta ADC）模数积分型AD转换器是一种利用高速和低精度的ADC与一个可编程数字滤波器相结合的技术。

它通过对输入信号进行高速取样并进行每个采样周期的累积和平均，降低了后续操作所需的带宽。

模数积分型AD转换器具有较高的分辨率和较好的线性度，适用于高精度应用。

3.并行型AD转换器（Parallel ADC）并行型AD转换器是一种通过多个比较器并行操作的AD转换器。

它的转换速度较快，但其实现成本相对较高。

并行型AD转换器适用于高速数据采集和信号处理。

4.逐渐逼近型AD转换器（Ramp ADC）逐渐逼近型AD转换器是一种通过线性递增电压与输入信号进行比较的转换器。

它利用逐渐逼近的方法寻找与输入信号最接近的电压值，然后以此电压值对应的时间来估计输入信号的值。

逐渐逼近型AD转换器转换速度较慢，但精度较高。

5.其他类型AD转换器除了上述几种常见的AD转换器类型外，还有其他一些特殊的AD转换器类型，如比例调制型AD转换器、索耳转换器等。

电路中的AD转换与DA转换在当今信息时代，电子设备已经渗透到我们生活的方方面面。

而这些电子设备的运作离不开AD转换（模数转换）和DA转换（数模转换）这两个关键环节。

本文将介绍AD转换和DA转换的原理、应用以及相关技术发展。

一、AD转换AD转换是模拟信号转换为数字信号的过程。

在电子设备中，传感器等设备输出的信号多为模拟信号，需要通过AD转换将其转换成数字信号，才能由电子器件进行处理和存储。

AD转换器通常由采样器、量化器和编码器组成。

采样器的作用是将模拟信号在一定的时间间隔内取样，量化器将取样的模拟信号分成有限个离散值进行量化，编码器将量化后的离散值转换成二进制数字信号。

通过这一过程，AD转换器能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。

AD转换器广泛应用于各个领域，如音频、视频、电力系统等。

在音频领域，AD转换器用于将声音等模拟信号转换为数字信号，实现录音、播放等功能。

在电力系统中，AD转换器用于电能计量、监测等方面。

二、DA转换DA转换是数字信号转换为模拟信号的过程。

数字信号由计算机或其他数字系统处理和存储，而大部分外围设备如音箱、显示器等则需要模拟信号进行驱动。

DA转换器通常由数字信号输入端和模拟输出端组成。

数字信号输入端接收来自计算机或其他数字系统的数字信号，将数字信号按照一定的波形进行放大、滤波等处理后，经过模拟输出端输出为模拟信号。

这样，数字系统生成的数字信号便可以控制外围设备的模拟输出。

DA转换器广泛应用于音频设备、显示设备等领域。

在音频设备中，DA转换器用于将计算机中存储的音频文件转换为模拟信号，通过音箱输出高质量的音乐。

在显示设备中，DA转换器则将计算机生成的数字图像信号转换为模拟信号，驱动显示器显示各种图像。

三、技术发展随着科技的不断进步，AD转换与DA转换技术也得到了快速的发展与创新。

目前，高速、高精度、低功耗、小型化是AD转换与DA转换技术的发展方向。

在AD转换技术方面，新型的Delta-Sigma调制技术、超大规模集成电路技术等被广泛应用，提高了AD转换器的精度和信噪比。

DA与AD一、D/A转换器的基本原理1、分辨率分辨率是指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时，所对应的输出模拟量（电压或电流）的变化量。

它反映了输出模拟量的最小变化值。

分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS / 。

FS表示满量程输入值，n为二进制位数。

对于5V的满量程，采用８位的DAC时，分辨率为5V/256＝19.5mV；当采用12位的DAC时，分辨率则为5V/4096＝1.22mV。

显然，位数越多分辨率就越高。

2、线性度线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。

常以相对于满量程的百分数表示。

如±１％是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±１％以内。

3、绝对精度和相对精度绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。

绝对精度是由DAC的增益误差（当输入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数码输入为全０时，DAC的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起的。

绝对精度（即最大误差）应小于1个LSB。

相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的百分比表示。

应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概念不同。

DAC的位数多时，分辨率会提高，对应于影响精度的量化误差会减小。

但其它误差（如温度漂移、线性不良等）的影响仍会使DAC的精度变差。

DAC0832与80C51单片机的接口１、单缓冲工作方式此方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出但并不要求同步的系统。

双极性模拟输出电压：双极性输出时的分辨率比单极性输出时降低1/2，这是由于对双极性输出而言，最高位作为符号位，只有7位数值位。

2、双缓冲工作方式多路D/A转换输出，如果要求同步进行，就应该采用双缓冲器同步方式。

3、直通工作方式当DAC0832芯片的片选信号、写信号、及传送控制信号的引脚全部接地，允许输入锁存信号ILE引脚接＋5V时，DAC0832芯片就处于直通工作方式，数字量一旦输入，就直接进入DAC寄存器，进行D/A转换。

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）。