3 转换速度 转换速度是指完成一次转换所需要的时间。转换时间是指
从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号
所经过的时间。
数字信号的取值必须为某个规定的最小数量单位的整数倍。在
量化过程中，量化结果都是其中一个最小离散电平(数字量的最 低有效位1所代表的模拟电压值)的整数倍，而采样保持输出的 信号在取值上是连续的，不可能所有的采样值都恰好为量化单 位的整数倍，因此，量化前后，存在量化误差。
模数转换器
4 编码
量化后的信号电平，虽然是一个离散量，但为了数字系
数模转换器
常用数模转换技术
1 权电阻网络D/A转换器
+VREF IREF R
I3
2R
I2
4R
I1
8R
I0
S3
S2
S1
S0
i
iF
Rf
–
uO
+
D3
D2
D1
D0
数模转换器
+VREF IREF R
I3
2R
I2
4R
I1
8R
I0
S3
S2
S1
S0
i
iF
Rf
–
uO
+
D3
D2
D1
D0
数模转换器
常用数模转换技术
1 权电阻网络D/A转换器 流入运放电路的总电流为
数模与模数转换器
3 1
数模转换器
2
模数转换器
数模与模数转换器
数字信号 微 型 计 算 机
A/D转换器
模拟信号
传感器
接 口 数字信号 D/A转换器 模拟信号 执行元件
数模转换器
数模转换器的基本知识
1 数模转换器的工作原理 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。
参考电压
数模转换器
常用数模转换技术
1 权电阻网络D/A转换器 权电阻网络D/A转换器的工作原理如下：在反相加法运算 放大器的各输入支路中接入不同的权电阻，使其在运算放大器
输入端叠加而成的电流与相应的数字量成正比，然后利用运算
放大器能将电流转换成电压的原理，在其输出端得到一个与相 应数字量成正比的电压。
统能够进行传输和处理，必须用二进制代码来表示。一般只 要二进制代码的位数足够，编码过程本身是不会产生误差的。 5 模数转换分类 直接转换: 并行比较、逐次逼近 间接转换: 双积分、电压-频率转换
模数转换器
常用模数转换技术
1 并行比较 由分压器、比较器、寄存器和编码器组成。
模数转换器
VREF
常用模数转换技术
V REF
D n
D/A转换器
SA
数模转换器
数模转换器的基本知识
2 数模转换器的转换特性 D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之 间的转换关系。
uo/V
7 6 5 4 3 2 1 0 000 001 010 011 100 101 110 111
D
数模转换器
数模转换器的基本知识
2 数模转换器的转换特性 D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之 间的转换关系。 理想的D/A转换器的转换特性，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或输出模拟电流iO=Ki×D。
模数转换器
常用模数转换技术
2 逐次逼近型ADC 电压比较器：D/A转换器输出的参考电压和采样保持地哪 路输出的电压进行比较。 控制逻辑电路：在时钟脉冲CP作用下产生转换控制信号。
模数转换器
偏移电压Δ/2 ui uS u'O uO + VREF
采样/保持电路
+
D/A转换器 数 据 寄 存 器 Dn-1 Dn-2
定频率的时钟脉冲计数，计数的结果就是正比于模拟电压的数
字量。
模数转换器
常用模数转换技术
3 双积分型ADC
S2
ui VREF S1
R
C
+
积分器
过零比较器 uO
+
CP
&
CP'
S1 S2
逻辑控制电路
计数器/定时器
数字量 输出
模数转换器
常用模数转换技术
3 双积分型ADC 第一次积分
us ui 0
t1 VREF
数模转换器
数模转换器的性能指标
2 精度 在输入端加有最大数值量时，D/A转换器的实际输出值和 理论计算值之差。 精度是一个综合误差，与参考电源、运算放大器的稳定 性及模拟开关等有关，一般不低于
数模转换器
数模转换器的性能指标
3 建立时间 D/A转换器的输入变化为满刻度时，其输出达到稳定值的 时间。建立时间的大小决定了转换速度。
各为多少？
模数转换器
常用模数转换技术
3 双积分型ADC 例：若基准电压VREF=-10v，计数器的位数n=10。时钟脉冲的 频率为10KHz ①完成一次转换最长需要多长时间？
模数转换器
常用模数转换技术
3 双积分型ADC 例：若基准电压VREF=-10v，计数器的位数n=10。时钟脉冲的 频率为10KHz ②若输入的模拟电压ui=5V，求转换时间和输出的数字量D 各为多少？
模数转换器
模数转换器的性能指标
1 分辨率 ADC的分辨率是指输出数字量变化一个最低位所对应的输
入模拟量需要变化的量。位数越多，量化的阶梯越小，分辨率
越好。 2 转换误差 表示实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。 通常以输出误差的最大值给出，常用最低有效位的倍数表示。
模数转换器
模数转换器的性能指标
小量化单位”，增加分压器的电阻个数，相应输出的数字信
号位数增多，使得电路更加复杂。
模数转换器
常用模数转换技术
2 逐次逼近型ADC 适合于对转换精度要求高，对转换速度要求不太高的场合。 D/A转换器：根据逐次逼近寄存器输出的数字量，产生不 同的参考电压并送电压比较器与输入模拟信号进行比较。 逐次逼近寄存器：产生不同的数字量。 数据寄存器：寄存和输出相应的数字量。
数决定的。
数模转换器
数模转换器的性能指标
1 分辨率 10位DAC分辨率: 如输出模拟电压满量程为10V 10位DAC能够分辨的最小电压: 8位DAC能够分辨的最小电压:
数模转换器
数模转换器的性能指标
1 分辨率 已知8位D/A转换器的最大输出电压为9.945V，当输入代 码为10100101时，输出电压是多少。 由题意可知该转换器可以分辨的最小电压为： 令所求输出电压为X：则：
要在如此大的范围内保证电阻的精度，对于集成
DAC的制造是十分困难的。
数模转换器
常用数模转换技术
2 倒T型电阻网络D/A转换器
A +VREF IREF 2R I 3' R I3 B I2' R I2 C I1' R I1 D I0'
2R
2R
2R
I0
2R iF Rf
S3
S2
S1
S0
i
–
uO
+
D3
D2
D1
SAR CP Q2
DAC输出uO
比较器输入 比较器输出 操作
Q1 Q0
uS
u’O=uO-Δ/2
1 2 3 4
1 1 1 1
0 1 0 0
0 0 1 1
4V 6V 5V 5V
4.9V 4.9V 4.9V (采样)
3.5V 5.5V 4.5V
0 1 0
保留 清除 保留 输出
模数转换器
常用模数转换技术
3 双积分型ADC 双积分型ADC是一种间接A/D转换器。它的转换原理是先把 模拟电压转换成与之成正比的时间变量T，然后在时间T内对固
数模转换器
常用数模转换技术
1 权电阻网络D/A转换器
则输出电压uo为：
推广到n位权电路网络，有:
数模转换器
常用数模转换技术
1 权电阻网络D/A转换器
当反馈电阻Rf = R/2时，可得
数模转换器
常用数模转换技术
1 权电阻网络D/A转换器 优点： 结构简单，所用电阻数目少 缺点： 电阻取值范围太大，当输入数字量的位数为12位 时，最大电阻与最小电阻之间的比例达到2048:1，
1 并行比较
R
+
R 1D C7 C1
FF7
+
R C6
1D C1
FF6
D2
+
R C5
&
1D C1
FF5
ui R
+ +
R
1D C4 C1
FF4
& &
&
D1
1D C3 C1
FF3
+
R C2
1D C1
FF2
+
R/2 C1 CP
&
&
D0
1D C1
FF1
模数转换器
常用模数转换技术
1 并行比较 各位数码转换同时进行，转换速度快。比较器和触发器 同时兼有采样和保持，不需要采样和保持电路。 转换精度不易做得很高，如要提高精度，则需减小“最
0
t
模数转换器
2 保持 模拟信号经抽样后，得到一系列窄脉冲，脉冲宽度是很短
暂的，而每次将模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，因
此，在下一个抽样脉冲没有到来之前，要暂时保持，以便为量 化编码提供一个稳定的值。
模数转换器