11.6DA转换器的主要技术指标(精)

A/D转换器的主要技术指标作者：测量测试…文章来源：EEFOCUS 点击数：111 更新时间：2007-8-26A/D转换器的主要技术指标有转换精度、转换速度等。

选择A/D转换器时，除考虑这两项技术指标外，还应注意满足其输入电压的范围、输出数字的编码、工作温度范围和电压稳定度等方面的要求。

1. 转换精度单片集成A/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。

(1) 分辨率A/D转换器的分辨率以输出二进制（或十进制）数的位数来表示。

它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。

从理论上讲，n位输出的A/D转换器能区分2n个不同等级的输入模拟电压，能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。

在最大输入电压一定时，输出位数愈多，分辨率愈高。

例如A/D转换器输出为8位二进制数，输入信号最大值为5V,那么这个转换器应能区分出输入信号的最小电压为9.53mV。

(2) 转换误差转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。

它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。

常用最低有效位的倍数表示。

例如给出相对误差≤±LSB/2，这就表明实际输出的数字量和理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。

2.转换时间转换时间是指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。

A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关。

不同类型的转换器转换速度相差甚远。

其中并行比较A/D转换器的转换速度最高，8位二进制输出的单片集成A/D转换器转换时间可达到50ns以内，逐次比较型A/D转换器次之，它们多数转换时间在10～50μs以内，间接A/D转换器的速度最慢，如双积分A/D转换器的转换时间大都在几十毫秒至几百毫秒之间。

在实际应用中，应从系统数据总的位数、精度要求、输入模拟信号的范围以及输入信号极性等方面综合考虑A/D转换器的选用。

3.例题某信号采集系统要求用一片A/D转换集成芯片在1s（秒）内对16个热电偶的输出电压分时进行A/D转换。

实现上述功能的电路分别称为A/D转换器,简称ADC(Analog－ Digital Converter的缩写)和D/A转换器,简称DAC(Digital－Analog Converter的缩写)。 A/D转换器有时又称为编码器，而D/A转换器有时又称为解码器。
7.2 D/A转换器 D/A转换器
DAC转换框图 转换框图
DAC电路的输入是数字量，它是由二进制代码按数位组合起来的，每 电路的输入是数字量，它是由二进制代码按数位组合起来的， 电路的输入是数字量 位代码都具有一定的“ 为了把数字量转化为模拟量， 位代码都具有一定的“权”。为了把数字量转化为模拟量，应当把每 一位代码按“ 的大小转换成相应的模拟量， 一位代码按“权”的大小转换成相应的模拟量，然后将各位的模拟量 相加，所得的总和就是与数字量成正比的模拟量。 相加，所得的总和就是与数字量成正比的模拟量。
权电阻D/A转换器 权电阻D/A转换器
四个双向电子模拟开关S 四个双向电子模拟开关 0—S3 权电阻网络R、 、 权电阻网络 、2R、22R、23R 、 基准电压U 基准电压 R 运算放大器
定量分析
Ri支路电流表达式 总输出电流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I Σ = I 3 + I 2 + I1 + I 0
UR Ii = ⋅ Bi Ri
ADC转换框图 转换框图
将模拟量转换为数字量分四个步骤进行，即采样、保持、量化和编码。 将模拟量转换为数字量分四个步骤进行，即采样、保持、量化和编码。
7.3 A/D转换器（续） A/D转换器（ 转换器
1）采样－保持电路 ）采样－ 采样定理
f S ≥ 2 f i max
7.3 A/D转换器（续） A/D转换器（ 转换器

D/A转换器的性能指标分析
（资料来源：中国联保网）
简介
D/A转换器的主要特性指标包括以下几方面：
分辨率
指最小输出电压(对应的输入数字量只有最低有效位为“1”)与最大输出电压(对应的输入数字量所有有效位全为“1”)之比。

如N位D/A转换器，其分辨率为1/(2^N-
1)。

在实际使用中，表示分辨率大小的方法也用输入数字量的位数来表示。

线性度
用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。

并且把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。

转换精度
D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。

如果不考虑其他D/A转换误差时，D/A的转换精度就是分辨率的大小，因此要获得高精度的D/A转换结果，首先要保证选择有足够分辨率的D/A转换器。

同时D/A转换精度还与外接电路的配置有关，当外部电路器件或电源误差较大时，会造成较大的D/A转换误差，当这些误差超过一定程度时，D/A转换就产生错误。

在D/A转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。

11.6 D/A转换器的主要技术指标D/A转换器的主要技术指标包括：转换精度、转换速度和温度特性等。

11.6.1 转换精度D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。

分辨率用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。

其定义为D/A转换器模拟量输出电压可能被分离的等级数。

输入数字量位数愈多，输出电压可分离的等级愈多，即分辨率愈高。

所以在实际应用中，往往用输入数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。

此外，D/A 转换器也可以用能分辨最小输出电压与最大输出电压之比给出。

n位D/A转换器的分辨率可表示为1/(2n-1)。

它表示D/A转换器在理论上可以达到的精度。

D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。

由于D/A转换器中各元件参数存在误差，基准电压不够稳定和运算放大器的零漂等各种因素的影响，使得D/A转换器实际精度还与一些转换误差有关，如比例系数误差、失调误差和非线性误差等。

比例系数误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。

如在n位倒T型电阻网络D/A转换器中，当V REF偏离标准值△V REF时，就会在输出端产生误差电压△v O。

由式可知△V REF引起的误差属于比例系数误差。

3位D/A转换器的比例系数误差如图11.6.1所示。

图11.6.1 3位D/A转换器的比例系数误差图11.6.2 3位D/A转换器的失调误差失调误差由运算放大器的零点漂移引起，其大小与输入数字量无关，该误差使输出电压的偏移特性曲线发生平移，3位D/A转换器的失调误差如图11.6.2所示。

非线性误差是一种没有一定变化规律的误差，一般用在满刻度范围内，偏离理想的转移特性的最大值来表示。

引起非线性误差的原因较多，如电路中的各模拟开关不仅存在不同的导通电压和导通电阻，而且每个开关处于不同位置（接地或接V REF）时，其开关压降和电阻也不一定相等。

又如，在电阻网络中，每个支路上电阻误差不相同，不同位置上的电阻的误差对输出电压的影响也不相同等，这些都会导致非线性误差。

11.12 A/D转换器的主要技术指标A/D转换器的主要技术指标有转换精度、转换速度等。

选择A/D转换器时，除考虑这两项技术指标外，还应注意满足其输入电压的范围、输出数字的编码、工作温度范围和电压稳定度等方面的要求。

1. 转换精度单片集成A/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。

(1) 分辨率A/D转换器的分辨率以输出二进制（或十进制）数的位数来表示。

它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。

从理论上讲，n位输出的A/D转换器能区分2n个不同等级的输入模拟电压，能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。

在最大输入电压一定时，输出位数愈多，分辨率愈高。

例如A/D转换器输出为8位二进制数，输入信号最大值为5V,那么这个转换器应能区分出输入信号的最小电压为9.53mV。

(2) 转换误差转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。

它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。

常用最低有效位的倍数表示。

例如给出相对误差≤±LSB/2，这就表明实际输出的数字量和理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。

2.转换时间转换时间是指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。

A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关。

不同类型的转换器转换速度相差甚远。

其中并行比较A/D转换器的转换速度最高，8位二进制输出的单片集成A/D转换器转换时间可达到50ns以内，逐次比较型A/D转换器次之，它们多数转换时间在10～50μs以内，间接A/D转换器的速度最慢，如双积分A/D转换器的转换时间大都在几十毫秒至几百毫秒之间。

在实际应用中，应从系统数据总的位数、精度要求、输入模拟信号的范围以及输入信号极性等方面综合考虑A/D转换器的选用。

3.例题某信号采集系统要求用一片A/D转换集成芯片在1s（秒）内对16个热电偶的输出电压分时进行A/D转换。

已知热电偶输出电压范围为0～0.025V（对应于0～450o C温度范围），需要分辨的温度为0.1o C，试问应选择多少位的A/D转换器，其转换时间是多少?解：对于0～450o C温度范围，信号电压为0～0.025V，分辨温度为0.1o C，这相当于的分辨率。

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。

DAC0832
CS 1
20
WR1 2
19
AGND 3
18
D3 4
17
D2 5
16
D1 6
15
D0 7
14
Vref 8
13
Rfd 9
12
DGND 10
11
Vcc ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iou2 Iout1
6. D/A 转换器的应用 信号源
DAC0832 在单缓冲方式下可以直接与系统总线相连，也可以将它看作一个输出端口。每 像该端口送一个 8 位数据，其输出端就会有相应的输出电压。可以通过编写程序，利用 D/A 转换器产生各种不同的输出波形，如锯齿波、三角波、方波、正弦波等。 工业控制器 D/A 转换器也常用于调速系统和伺服控制系统中的电机转速控制 各种压控场合（程控放大器、程控滤波器、有源电阻等）
代码按权转换成对应的模拟电流,再把模拟电流相加，最后由运算放大器将其转变成模
拟电压。
Vref S1
R1
S2
R2
Rfቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I-
V0
+
S3
R3
…
Sn
Rn
图 1. 多路输入的运算放大电路 如果用二进制编码来控制图 1 中的每一路 Sj，当地第 i 路中的二进制码为 1 时，使第 j 位 的 Sj 闭合，第 j 路的二进制码为 0 时，使对应的 Sj 断开，则数字量的变化就转换成了模拟 量的变化。这就是 D/A 转换的基本原理。
DAC0832 是采样频率为八位的 D/A 转换芯片，内部包含一个 T 形电阻网络，输出为差动
电流信号。要想得到模拟电压输出，必须外接运算放大器。集成电路内有两级输入寄存

1、AD转换器得分类下面简要介绍常用得几种类型得根本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比拟型/串并行型、2-△调制型、电容阵列逐次比拟型及压频变换型.1〕积分型〔如TLC7135〕积分型AD工作原理就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.其优点就是用简单电路就能获得高分辨率,但缺点就是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低.初期得单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比拟型已逐步成为主流.2〕逐次比拟型〔如TLC0831〕逐次比拟型AD由一个比拟器与DA转换器通过逐次比拟逻辑构成从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比拟,经n次比拟而输出数字值.其电路规模属于中等.具优点就是速度较高、功耗低,在低分辩率〔＜12位〕时价格廉价,但高精度〔＞12 位〕时价格很高.3〕并行比拟型/串并行比拟型〔如TLC5510〕并行比拟型AD采用多个比拟器,仅作一次比拟而实行转换,又称FLash 〔快速〕型.由于转换速率极高,n位得转换需要2n-1个比拟器,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得领域.串并行比拟型AD结构上介于并行型与逐次比拟型之间,最典型得就是由2个n/2位得并行型AD转换器配合DA转换器组成用两次比拟实行转换所以称为Half flash〔半快速〕型.还有分成三步或多步实现AD转换得叫做分级〔Multistep/Subrangling期AD,而从转换时序角度又可称为流水线〔Pipelined建AD,现代得分级型AD中还参加了对屡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〕｛△〔Sigma/ONT>delta〕调制型〔如AD7705〕才△型AD由积分器、比拟器、1位DA转换器与数字滤波器等组成.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.电路得数字局部根本上容易单片化因此容易做到高分辨率.主要用于音频与测量.5〕电容阵列逐次比拟型电容阵列逐次比拟型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式, 也可称为电荷再分配型.一般得电阻阵列DA转换器中多数电阻得值必须一致,在单芯片上生成高精度得电阻并不容易.如果用电容阵列取代电阻阵列,可以用低廉本钱制成高精度单片AD转换器.最近得逐次比拟型AD转换器大多为电容阵列式得.6〕压频变换型〔如AD650〕压频变换型〔Voltage-FrequencyConverter就是通过间接转换方式实现模数转换得.其原理就是首先将输入得模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量.从理论上讲这种AD得分辨率几乎可以无限增加,只要采样得时间能够满足输出频率分辨率要求得累积脉冲个数得宽度.其优点就是分辩率高、功耗低、价格低,但就是需要外部计数电路共同完成AD转换.2、AD转换器得主要技术指标1)分辩率(Resolution)指数字量变化一个最小量时模拟信号得变化量,定义为满刻度与2n得比值.分辩率又称精度,通常以数字信号得位数来表示.2)转换速率(Conversion Rate就是指完成一次从模拟转换到数字得AD 转换所需得时间得倒数.积分型AD得转换时间就是毫秒级属低速AD,逐次比拟型AD就是微秒级属中速AD,全并行/串并行型AD 可到达纳秒级.采样时间那么就是另外一个概念,就是指两次转换得间隔.为了保证转换得正确完成,采样速率(Sample Rate)、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就是可以接受得.常用单位就是ksps与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得有限分辩率而引起得误差,即有限分辩率AD得阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD(理想AD)得转移特性曲线(直线)之间得最大偏差.通常就是1个或半个最小数字量得模拟变化量,表示为1LSR 1/2LSB.4)偏移误差(Offset Error)输入信号为零时输出信号不为零得值, 可外接电位器调至最小.5)满刻度误差(Full Scale Error)满度输出时对应得输入信号与理想输入信号值之差6〕线性度〔Linearity〕实际转换器得转移函数与理想直线得最大偏移不包括以上三种误差.其它指标还有：绝对精度〔Absolute Accuracy〕,相对精度〔Relative Accuracy〕微分非线性,单调性与无错码,总谐波失真〔Total Harmonic Distotortion缩写THD〕与积分非线性.3、DA转换器得分类DA转换器得内部电路构成无太大差异,一般按输出就是电流还就是电压、能否作乘法运算等进行分类.大多数DA转换器由电阻阵列与n个电流开关〔或电压开关〕构成.按数字输入值切换开关,产生比例于输入得电流〔或电压〕.此外也有为了改善精度而把恒流源放入器件内部得.一般说来,由于电流开关得切换误差小,大多采用电流开关型电路,电流开关型电路如果直接输出生成得电流,那么为电流输出型DA转换器,此外,电压开关型电路为直接输出电压型DA转换器.1〕电压输出型〔如TLC5620〕电压输出型DA转换器虽有直接从电阻阵列输出电压得,但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出.直接输出电压得器件仅用于高阻抗负载,由于无输出放大器局部得延迟,故常作为高速DA转换器使用.2〕电流输出型〔如THS5661A〕电流输出型DA转换器很少直接利用电流输出,大多外接电流一电压转换电路得到电压输出,后者有两种方法：一就是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流一电压转换,二就是外接运算放大器.用负载电阻进行电流一电压转换得方法,虽可在电流输出引脚上出现电压,但必须在规定得输出电压范围内使用 ,而且由于输出阻抗高,所以一般外接运算放大器使用.止匕外,大局部CMOS DA转换器当输出电压不为零时不能正确动作,所以必须外接运算放大器.当外接运算放大器进行电流电压转换时,那么电路构成根本上与内置放大器得电压输出型相同,这时由于在DA转换器得电流建立时间上参加了达算放入器得延迟,使响应变慢.此外,这种电路中运算放大器因输出引脚得内部电容而容易起振,有时必须作相位补偿.3〕乘算型〔如AD7533〕DA转换器中有使用恒定基准电压得,也有在基准电压输入上加交流信号得,后者由于能得到数字输入与基准电压输入相乘得结果而输出,因而称为乘算型DA转换器.乘算型DA转换器一般不仅可以进行乘法运算,而且可以作为使输入信号数字化地衰减得衰减器及对输入信号进行调制得调制器使用.4〕一位DA转换器一位DA转换器与前述转换方式全然不同,它将数字值转换为脉冲宽度调制或频率调制得输出,然后用数字滤波器作平均化而得到一般得电压输出〔又称位流方式〕,用于音频等场合.4、DA转换器得主要技术指标1〕分辩率〔Resolution〕指最小模拟输出量〔对应数字量仅最低位为‘1’〕与最大M对应数字量所有有效位为11'〕之比.2〕建立时间〔Setting Time〕就是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需得时间也可以认为就是转换时间.DA中常用建立时间来描述其速度,而不就是AD中常用得转换速率.一般地,电流输出DA建立时间较短,电压输出DA那么较长.其它指标还有线性度〔LineaHty〕转换精度,温度系数/漂移.。

A/D
转换开始前先将FF3，FF2，FF1，FF0置0，并使 Q4Q3Q2Q1Q0 10000 。 第一个CP脉冲的上升沿到达时，由于FF3的S=1，R=0，故其输出为1，其他 触发器的S=0，R=1，故它们的输出都为0，即 d3d2d1d0 1000 。该数据加到D/A 转换器的输入端，再由其输出电压Uo和输入模拟电压Ui确定比较器的输出是0或1 。同时顺序脉冲右移一位，变为Q4Q3Q2Q1Q0 01000 。 第二个CP脉冲的上升沿到达时，由于FF2的S=1，R=0，故其输出为1。FF1和 FF0的S和R均为0，其状态不变。FF3的状态视比较器原来输出的状态而定。若比 较器原来输出1，则FF3被置0；若原来输出0，则FF3的状态保持不变，仍为1。
1.2
转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。A/D转换器的分辨率是指引起输出 二进制数字量最低有效位变动一个数码时，输入模拟量的最小变化量。小于此最 小变化量的输入模拟电压，将不会引起输出数字量的变化。
A/D转换器的分辨率反映了它对输入模拟量微小变化的分辨能力，它与输出的 二进制数的位数有关。A/D转换器输出二进制数的位数越多，其分辨率越小，精度 越高，但超出A/D转换器分辨率的极限值后，即使增加位数，也不会提高分辨率。
A/D转换器电路中完成。 A/D转换器按转换信号的形式可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大
类。直接A/D转换器能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码，如计数 型A/D转换器、逐次逼近型A/D转换器和并行比较型A/D转换器等。其特点是
工作速度快、转换精度容易得到保证。间接A/D转换器是将待转换的输入模拟
直为低电平）。
VREF（+），VREF（－）：基准电压的正、负极输入端。
VCC：电源电压，5～15 V。

满刻度范围是指A／D转换器所允许最大的输入电压范围。 如(0～5)V，(0～10)V，(－5～＋5)V等
满刻度值只是个名义值，实际的A／D转换器的最大输入 电压值总比满刻度值小1／2n（n为转换器的位数）。这是因 为0值也是2n个转换器状态中的一个。
例如12位的A／D转换器，其满刻度值为10V，而实际允 4095
二、A／D指A／D转换器在每秒钟内所能完成的转换次数。 转换速率也可表述为转换时间，即A／D转换从启动到结束 所需的时间，转换速率与转换时间互为倒数。 例如，某A／D转换器的转换速率为5MHz，则其转换时间 是200ns
二、A／D转换器的技术指标
4、满刻度范围
个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量，但在
二、A／D转换器的技术指标 1. 分辨率与量化误差 2. 转换精度 3. 转换速率 4. 满刻度范围
二、A／D转换器的技术指标
1. 分辨率与量化误差
分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技 术指标。例如：某A/D转换器为12位，若用百分比表示，即表 示该转换器可以用212个二进制数对输入模拟量进行量化，其分 辨力为1LSB。
④ 改进型是在上述某种形式A／D转换器的基础上，为满足 某项高性能指标而改进或复合而成的。例如余数比较式即是在逐 次比较式的基础上加以改进，使其在保持原有较高转换速率的前 提下精度可达0.01％以上。
③ 非线性误差：是指实际转移函数与理想直线的最大偏移。 非线性误差不包括量化误差，偏移误差和满刻度误差。
④ 微分非线性误差：是指转换器实际阶梯电压与理想阶梯 电压(1LSB)之间的差值。为保证A/D转换器的单调性能，A/D转 换器的微分非线性误差一般不大于1LSB。非线性误差和微分非 线性误差在使用中很难进行调整。

AD_DA原理及主要技术指标AD（模数转换器）与DA（数模转换器）是数字信号处理中常用的模拟转换器。

AD将模拟信号转换为数字信号，而DA则将数字信号转换为模拟信号。

两者在数字系统与模拟系统之间起着重要的桥梁作用。

本文将介绍AD_DA的原理及主要技术指标。

AD原理：AD原理基于采样定理，即将连续时间的模拟信号转换为离散时间的数字信号。

在AD转换过程中，首先通过取样器获取模拟信号的离散样点，然后由量化器将取样点量化为离散的数字信号。

主要技术指标：1.量化精度：量化精度决定了AD转换器的分辨率，以位数表示，常见的有8位、10位、12位、16位等。

位数越大，分辨率越高，对信号的重建越精准。

2.采样率：采样率指的是AD转换器每秒采样的次数，常用单位为Hz。

采样率要满足采样频率大于信号频率两倍以上的采样定理，否则会产生混叠效应。

3.带宽：AD转换器的带宽是指转换器能够正确采样和重建信号的频率范围。

带宽越大，能够处理的信号频率范围越宽。

4.功耗：功耗是指AD转换器在工作过程中消耗的电能。

低功耗的AD转换器具有节能环保的特点。

5.采样保持电路：采样保持电路对模拟信号进行采样并保持，以确保量化器能够准确对信号进行量化，有利于提高AD转换器的性能。

DA原理：DA原理是将数字信号转换为模拟信号的过程。

在DA转换过程中，首先通过数值控制器获得数字信号，然后由DA转换器将数字信号转换为模拟信号输出。

主要技术指标：1.分辨率：分辨率是指DA转换器的数字输入可以表示的最小幅度变化。

分辨率越高，输出模拟信号的精度越高。

2.采样率：采样率指的是DA转换器每秒从数字输入读取的次数，常用单位为Hz。

采样率决定了DA转换器能够输出多少个模拟信号样本。

3.输出精度：输出精度指的是DA转换器输出模拟信号与所期望模拟信号之间的偏差。

输出精度越高，输出模拟信号的准确性越高。

4.失真度：失真度是指DA转换器输出的模拟信号与原始模拟信号之间的差异。

模数与数模转换器华中科技大学罗杰D/A 转换器的主要技术指标比例系数误差失调误差非线性误差最小输出电压V LSB ：是指输入数码仅D 0为1，其余各位均为0时，所对应的输出电压值。

1. 分辨率8REF LSB 2V V =例如，一个8位DAC ，若V REF =5V ，则最小输出电压为：3mV 5.192V 58≈=最大输出电压V max ：是指输入数码全部为1时，所对应的输出电压值，有时也称为满刻度输出电压V FSR 。

1. 分辨率FSR ：是英文Full Scale Range 的缩写，指满刻度值。

例如，一个8位DAC ，若V REF =5V ，则最大输出电压为：∑=⋅=708REF max )2(2i iiD V V V 98.4≈1. 分辨率分辨率：用来表征D/A 转换器对输入量微小变化的敏感程度。

对于n 位D/A 转换器，其分辨率为：●分辨率只与位数有关，与基准电压V REF 的大小无关。

●位数越多，分辨率越高。

121max LSB -==n V V 分辨率1. 分辨率例如，对于一个电压输出的8 位D/A 转换器，其分辨率为25511218=-•表示输出电压被等分成255份；•总共有28 个不同的电压值。

例已知10 位D/A 转换器满刻度输出电压V max = 10 V 。

(1) 求输入最低位D 0 对应的输出电压V LSB ；(1) 根据分辨率的公式，得到(2) 如果要求分辨的最小电压为5mV ，应该选用D/A 转换器的位数是多少？解：0.01V 12V 101210max LSB =-=-=n V V例已知10 位D/A 转换器满刻度输出电压V max = 10 V 。

(1) 求输入最低位D 0 对应的输出电压V LSB ；(2) 如果要求分辨的最小电压为5mV ，应该选用D/A 转换器的位数是多少？解：（2）将V LSB =5mV ，V max =10V 代入分辨率的公式，有V10V 005.0121=-n ∴n ≈112.转换误差是指在稳态工作时，实际输出的模拟量与理想值之间存在的最大偏差。

D/A 转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量，以电压或电流的形式输出.D/A 转换器实质上是一个译码器（解码器）。

一般常用的线性D/A 转换器，其输出模拟电压uO 和输入数字量Dn 之间成正比关系。

UREF 为参考电压。

uO ＝DnUREF将输入的每一位二进制代码按其权值大小转换成相应的模拟量,然后将代表各位的模拟量相加，则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。

D/A 转换器一般由数码缓冲寄存器、模拟电子开关、参考电压、解码网络和求和电路等组成. 数字量以串行或并行方式输入，并存储在数码缓冲寄存器中；寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开关，将在解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路；求和电路将各位权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。

开关Si 的位置受数据锁存器输出的数码di 控制：当di=1时,Si 将对应的权电阻接到参考电压UREF 上；当di=0时，Si 将对应的权电阻接地.权电阻网络D/A 转换器的特点①优点：结构简单，电阻元件数较少;②缺点：阻值相差较大,制造工艺复杂。

2. 倒T 型电阻网络D/A 转换器3. 电阻解码网络中，电阻只有R 和2R 两种，并构成倒T 型电阻网络。

当di=1时,相应的开关Si 接到求和点;当di=0时，相应的开关Si 接地.但由于虚短，求和点和地相连，所以不论开关如何转向，电阻2R 总是与地相连。

这样，倒T 型网络的各节点向上看和向右看的等效电阻都是2R ，整个网络的等效输入电阻为R 。

倒T 型电阻网络D/A 转换器的特点:①优点:电阻种类少，只有R 和2R ，提高了制造精度；而且支路电流流入求和点不存在时间差，提高了转换速度。

②应用：它是目前集成D/A 转换器中转换速度较高且使用较多的一种,如8位D/A 转换器DAC0832，就是采用倒T 型电阻网络。

三、D/A 转换器的主要技术指标1。

分辨率分辨率用于表征D/A 转换器对输入微小量变化的敏感程度。

DA 转换器----数字信号转换成模拟信号，注意模拟地和数字地要分开，采用单端共地的方式权电阻型DAC ：模拟开关S i 受信号D i 控制，当D i =1时，开关左拨，当D i =0时，开关右拨。

假设求和放大器为理想放大器 那么根据“虚短、虚断”的概念I =I 0d 0+I 1d 1+I 2d 2+I 3d 3 I=V REF 23R d 0+V REF 22R d 1+V REF 2R d 2+V REFR d 3=V REF 23R(d 3⋅23+d 2⋅22+d 1⋅21+d 0⋅20)U =−I ∙R f归纳后优点：简单缺点：电阻值相差较大，难以保证精度，且大电阻 不易集成权电阻网络型 倒梯形电阻网络 权电流型 权电容型 开关树型倒T型电阻网络DAC (原则上还是权电阻网络，但所用电阻系列少)开关置于电阻网络和运放之间，开关无论是在实地还是虚地，支路上的电流始终保持不变，这样就无需电流建立时间，也不会产生尖脉冲。

从节点D开始分析，D左侧的两条支路并联等效电阻为R，依次类推节点A两条支路电阻分别为2R，并联等效电阻为R，I=V RR ，I3=I3′=V R2R，，，类推：I∑=I3∙d3+I2∙d2+I1∙d1+I0∙d0=V R2R d3+V R4Rd2+V R8Rd1+V R16Rd0=V R16R(23∙d3+22∙d2+21∙d1+20∙d0)权电流型DACDAC主要技术指标分辨率（理论精度）：12n−1转换误差（实际精度）：失调误差、增益误差、非线性误差绝对值之和失调误差失调误差(或称零点误差)定义为数字输入全为0码时，其模拟输出值与理想输出值之偏差值。

对于单极性D/A转换，模拟输出的理想值为零伏点。

对于双极性D/A转换，理想值为负域满量程。

偏差值的大小一般用LSB的份数或用偏差值相对满量程的百分数来表示。

增益误差D/A转换器的输入与输出传递特性曲线的斜率称为D/A转换增益或标度系数，实际转换的增益与理想增益之间的偏差称为增益误差(或称标度误差)。

电路中的电流关系如下：
电子模拟开关S0～S3受输 入二进制数D0～D3控制，随 着D为0或1，各开关分别处 于0和1的位置。而无论S处于 何位置，其电位均为0（运放 同相端接地，反相端虚地）， 从图中A、B、C、D各节点 向里看对地的等效电阻均为 R，即
RA = 2R//2R = R RB =(RA + R)//2R =R RC =(RB + R)//2R =R RD =(RC + R)//2R =R
1.4 集成D/A转换器及其应用
集成D/A转换器品种繁多。如果从内部结构上看，有只包括电 阻解码网络和电子模拟开关的基本D/A转换器，也有在内部电路 中增加了数据锁存器、寄存器的带有使能控制端的D/A转换器， 还有将基准电压源、求和运放等均集成在芯片上的完整的D/A转 换器。
如果从使用的角度看，D/A转换器可分两大类：一类在电子电 路中使用，不带使能控制端，只有数字信号输入和模拟信号输出； 另一类为微机应用而设计，带有使能控制端，可直接与微机及单 片机接口。
单元1 D/A转换器
《数字电子技术》
1.4 集成D/A转换器及其应用
1、 AD7520集成D/A转换器 AD7520芯片内集成了10组倒T型电阻网络、CMOS电子模拟开关和
一个10 kΩ的反馈电阻，而求和运算放大器和基准电压必须外接。 D0～D9为10个二进制数码输入端，IOUTl和IOUT2为电流输出端，RF为反馈 电阻引出端，VREF为基准电压输入端。
单元1 D/A转换器
《数字电子技术》
1.4 集成D/A转换器及其应用
1、 AD7520集成D/A转换器 AD7520是普通电子电路用的10位电流输出型D/A转换器，其电路简
单、功耗低、转换速度快、通用性强，转换时间为500 ns，电源电压为

§1 D/A转换与D/A转换接口 D/A转换与D/A转换接口 转换与D/A
D/A转换器的性能指标 一、D/A转换器的性能指标 1、分辨率 分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量, D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量 分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量,取 决于输入数字量的二进制位数。一个n位的DAC DAC所能分辨的 决于输入数字量的二进制位数。一个n位的DAC所能分辨的 最小电压增量定义为满量程值的2 最小电压增量定义为满量程值的2-n倍。 例如：满量程为10V DAC分辨率为10V× =39mv； 分辨率为10V 例如：满量程为10V 的8位 DAC分辨率为10V×2-8=39mv； 一个同样量程的16 DAC的分辨率高达10V× 16位 的分辨率高达10V 一个同样量程的16位DAC的分辨率高达10V×2-16=153uV 2、转换精度 转换精度和分辨率是两个不同的概念。 转换精度和分辨率是两个不同的概念。转换精 度是指满量程时DAC DAC的实际模拟输出值和理论值的接 度是指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接 近程度。 近程度。
②三角波程序 三角波由线性下降段和线性上升段组成，相应程序为： 三角波由线性下降段和线性上升段组成，相应程序为： ORG 1000H START: CLR A MOV R0 , #0FEH DOWN: MOVX @R0 , A ；线性下降段 INC A JNZ DOWN 若未完，则转DOWN ；若未完，则转 MOV A , #0FEH UP: MOVX @R0 , A ；线性上升段 DEC A JNZ UP 若未完， ；若未完，则UP SJMP DOWN 若已完， ；若已完，则循环 END
3、分辨率：转换器所能分辨的被测量的最小值。实 分辨率：转换器所能分辨的被测量的最小值。 际上分辨率就等于1LSB=1/2 满刻度值，其中n 际上分辨率就等于1LSB=1/2n×满刻度值，其中n为 A/D转换器的位数 分辨率通常用位数表示， 转换器的位数， A/D转换器的位数，分辨率通常用位数表示，如8位、 10位 12位等 例如对于一个10 位等。 10位转换器的分辨率 10位、12位等。例如对于一个10位转换器的分辨率 1/1024，显然，位数越多，分辨率就越高。 为1/1024，显然，位数越多，分辨率就越高。 4、量程： 指转换器的满刻度范围，亦即最大和最小 量程： 指转换器的满刻度范围， 模拟值之差 5、转换时间和转换率：完成一次A/D转换所需的时间。 转换时间和转换率：完成一次A/D转换所需的时间。 A/D转换所需的时间 转换率就是转换时间的倒数。 转换率就是转换时间的倒数。

计算机
交流 稳压器
控制器
直流 稳压器
具有不间断电源的供电结构
输入输出接口技术和输入输出通道
数字地 横汇流条
数字地 纵汇流条
模拟地 横汇流条 模拟地 纵汇流条
安全地 （机壳地） 系统地 大地
接地板
回流法接地示例
输入输出接口技术和输入输出通道
电路1 I1 r1
电路2
电路3
I2
r2
I3 r3
A
B
C
I1+ I2+I3
图
6 逐次逼近式ADC
输入输出接口技术和输入输出通道
Ui=163mV的逐次比较过程
输入输出接口技术和输入输出通道
Ui=163mV逐次比较Uo波形图
输入输出接口技术和输入输出通道 3. 双积分型A/D转换器
Uo 1 U j dt RC
Uo
T1 T2
Uc t
U+-U(即0-U0)
Us
Uj
输入输出接口技术和输入输出通道
第七节 硬件抗干扰技术 一、I/O通道抗干扰技术 1.串模干扰及其抑制方法
干扰源
Un ADC
信号源
Us
串模干扰示意图
输入输出接口技术和输入输出通道
75Ω
75Ω
输入信号
500μ
500μ
ADC
75Ω
75Ω
二级阻容滤波网络
输入输出接口技术和输入输出通道
2.共模干扰及其抑制方法
输入输出接口技术和输入输出通道
ADC0809原理和引脚图 (a) 原理框图； (b) 引脚图
输入输出接口技术和输入输出通道
D0 . . . D7 A1 A0 RD WR RESET CS 8255A 分频 PC3 PC2 PC1 PC0 PC7 PA0 . . . PA7 DB0 . . . DB7 ADC0809 . IN0 . . IN7