数模转换器(DAC)原理研究

数字-模拟转换器(DAC> 原理研究

电子0801 班

08214014

08214013

一题目简述随着科学技术地发展, 我们常常要用模拟系统来处理数字信号. 这就需要数字-模拟地转换. DAC 地作用是将计算机或控制器产生地二进制数字转换成与之成比例地模拟电压. 其意义相当于一种译码电路. 本次地数模原理研究主要介绍全电阻网络D/A 转换器和倒T 型电阻网络D/A 转换器, 利用等效方法和叠加原理推导输出电压, 比较两种转换器地特点. 并用EWB 软件来验证电路地工作原理.b5E2RGbCAP

二DAC 原理

1. D/A 数模转换器地设计思想

D/A 数模转换器在某种意义上说相当于一种译码电路,将给定地二进制码地量译成相应地模拟量地数值.

数字量是由二进制数位组合起来,而每位数字符号都有一定地权.例如,四位二进制数1101 每位地权对

应十进制数值从高位到底为排列依次为8,4,2,1＜必须位置上是一才有效）.所以二进制数1101代表十三.为了将数字量转换成模拟地量,可以将每一位数字量按权地大小装换成模拟量.然后将这些模拟量相加,所得到地总地模拟量就是数字量所必须转换成地模拟

.plEanqFDPw

2.权电阻网络D/A转换器

(1＞数模转换地一种方法是使用电阻网络，网络中阻值表示数字码输入位地二进制权值?输入地电平决定电流地有无，开关接入相应电压V s时,输入电压为V s,二进制数位“ 1".开关接地时输入电压为0V,二进制数为“ 0".如下图给出了一个三位地DAC .DXDiTa9E3d

上面已经提及开关K n」，K T ……,K1,K。分别受输入代码D n 「D n“……,D1,D0地状态控制，由于虚地点地存在，其中某个开关K i接到“ 1"或“ 0"在电阻R支路产生地电流为RTCrpUDGiT

I i V R

k i即I Z D.

i Ri i V R

R o

D。I

V R

支路电流总和

22R D o + V R

21R

D1 +

V R

Ll i亠

V R

20R

R o

D o + V R

D1+

V R

上式表明,输出地模拟电压V O

正比于输入地数字量D ,

, 从

而实现了从数字量到模拟量地转换■当D I

=0时,V O

=0,

而D I

=11…11时，V 。二-辛叮V R

,故V O

地最大变化范围

R 2

=V R

' D i 2i

i -0

所以输出模拟电压V °」R f I

-R f

V R 22

-D i

i=0

R f V R 推广

V o …Rf

R n

' D i

i =0

是0」

-1

kOJirn

2 k Ohm R1 = 2R

4 kOhm RO-^R

￥［：l T 可

I —

5PCzVD7HxA

500 Ohm -^vW

12 V

从

000到111所有数字信号对应地模拟电压二进制数

U0/V D0 000 0

D1 001 1.5 D2 010 3

D3 011 4.5 D4 100 6

D5 101 7.5 D6 110 9

D7 111 10.5 EWB仿真结果

输入信号000

输入信号001

1 kOhm

RZ=R

4 kOhm

RO4R

\ :-nl

1—

500 Ohm

2 KOhm

R 仁:？

\ [Spacel

数模及模数转换器习题解答

————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: ?

自我检测题 1.就实质而言，D/Ａ转换器类似于译码器,A/D 转换器类似于编码器。 2.电压比较器相当于１位A/D 转换器。 3．Ａ/D 转换的过程可分为采样、保持、量化、编码4个步骤。４．就逐次逼近型和双积分型两种A ／D 转换器而言, 双积分型的抗干扰能力强, 逐次逼近型的转换速度快。 5.A/Ｄ转换器两个最重要的指标是分辨率和转换速度。６．8位D ／A 转换器当输入数字量只有最低位为１时,输出电压为0.02V ,若输入数字量只有最高位为1时,则输出电压为 V 。Ａ．0.０３9 B ．2.５6 C ．１.２7 D ．都不是 7.D/A 转换器的主要参数有、转换精度和转换速度。 A ．分辨率 B ．输入电阻 C ．输出电阻Ｄ．参考电压 8．图T7.８所示R-２Ｒ网络型D/A 转换器的转换公式为。 R R R I V REF 2R 2R 2R 2R 2R S 3 S 2 S 1 S 0 D 3 D 2 D 1 D 0 R F =R A + -v O i ∑ 图T ７.8 A ．∑ =?- =3 3 REF o 22 i i i D V v ??B ．∑=?- =3 4 REF o 2 232i i i D V v ??C ．∑=?- =3 4 REF o 2 2 i i i D V v ??D ．∑=?= 3 4 REF o 2 2 i i i D V v ９.D/A 转换器可能存在哪几种转换误差?试分析误差的特点及其产生误差的原因。解:D/A 转换器的转换误差是一个综合性的静态性能指标,通常以偏移误差、增益误差、非线性误差等内容来描述转换误差。偏移误差是指D/Ａ转换器输出模拟量的实际起始数值与理想起始数值之差。增益误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线的斜率的偏差。 D/A 转换器实际的包络线与两端点间的直线比较仍可能存在误差,这种误差称为非线性误差。 1０．比较权电阻型、R -2R 网络型、权电流型等Ｄ/A 转换器的特点,结合制造工

什么是DAC(数模转换器)

什么是DAC(数模转换器) 随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路--模数和数模转换器。将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D 转换器或ADC,Analog to DigitalConverter）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称 D/A 转换器或DAC,Digital toAnalog Converter）；A/D 转换器和D/A 转换器已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。为确保系统处理结果的精确度，A/D 转换器和D/A 转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D 与D/A 转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D 与D/A 转换器的重要技术指标。随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的A/D 和D/A 转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。本章将介绍几种常用A/D 与D/A 转换器的电路结构、工作原理及其应用。数模(D/A)转换器转换原理数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的位权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每1 位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字—模拟转换。这就是组成D/A 转换器的基本指导思想。图11.1.1 表示了4 位二进制数字量与经过D/A 转换后输出的电压模拟量之间的对应关系。由图11.1.1 还可

7数模及模数转换器习题解答

7数模及模数转换器习题解答119 自我检测题 1．就实质而言，D/A转换器类似于译码器，A/D转换器类似于编码器。 2．电压比较器相当于1位A/D转换器。 3．A/D转换的过程可分为采样、保持、量化、编码4个步骤。 4．就逐次逼近型和双积分型两种A/D转换器而言，双积分型的抗干扰能力强，逐次逼近型的转换速度快。 5．A/D 6．8位D/A转换器当输入数字量只有最低位为1时，输出电压为0.02V，若输入数字量只有最高位为1时，则输出电压为V。 A．0.039 B．2.56 C．1.27 D．都不是 7．D/A转换器的主要参数有、转换精度和转换速度。 A．分辨率B．输入电阻C．输出电阻D．参考电压 8．图T7.8所示R-2R网络型D/A转换器的转换公式为。 V REF v O 图T7.8 A．∑ = ? - = 3 3 REF o 2 2i i i D V v B．∑ = ? - = 3 4 REF o 2 2 3 2 i i i D V v D．∑ = ? = 3 4 REF o 2 2i i i D V v 9．D/A转换器可能存在哪几种转换误差？试分析误差的特点及其产生误差的原因。解：D/A转换器的转换误差是一个综合性的静态性能指标，通常以偏移误差、增益误差、非线性误差等内容来描述转换误差。偏移误差是指D/A转换器输出模拟量的实际起始数值与理想起始数值之差。增益误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线的斜率的偏差。 D/A转换器实际的包络线与两端点间的直线比较仍可能存在误差，这种误差称为非线性误差。 10．比较权电阻型、R-2R网络型、权电流型等D/A转换器的特点，结合制造工艺、转换的精度和转换的速度等方面比较。

数模转换原理及应用

数模（D/A）转换器及模数（A/D）转换器一、实验目的 1.熟悉D / A转换器的基本工作原理。 2.掌握D / A转换集成芯片DAC0832的性能及其使用方法。 3.熟悉A / D转换器的工作原理。 4.掌握A / D转换集成芯片ADC0809的性能及其使用方法。二、实验原理 1.数模（D / A）转换所谓数模（D / A）转换,就是把数字量信号转换成模拟量信号,且输出电压与输入的数字量成一定的比例关系。图47为D / A 转换器的原理图,它是由恒流源（或恒压源）、模拟开关、以及数字量代码所控制的电阻网络、运放等组成的四位D/ A转换器。四个开关S0 ~ S3由各位代码控制,若―S‖代码为1,则意味着接VREF ,代码―S‖= 0,则意味着接地。由于运放的输出值为V0= -I∑?Rf ,而I∑为I0、I1、I2、I3的和,而I0 ~ I3的值分别为（―S‖代码全为1）： I0 =,I1 =,I2 =,I3 = 若选 R0 =,R1 =,R2 =,R3 = 则I0 ==?20 ,I1 =?21 ,I2 =?22 ,I3 =?23 若开关S0 ~ S3不全合上,则―S‖代码有些为0,有些为1（设4位―S‖代码为D3D2DlD0）,则I∑ =D3I3 + D2I2 + DlIl + D0I0 =（D3?23 + D2?22 + D1?21 + D0?20）= B? 所以,V0 = -Rf ? B,B为二进制数,即模拟电压输出正比于输入数字量B ,从而实现了数字量的转换。随着集成技术的发展,中大规模的D / A转换集成块相继出现,它们将转换的电阻网络和受数码控制的电子开关都集成在同一芯片上,所以用起来很方便。目前,常用的芯片型号很多,有8位的、12位的转换器等,这里我们选用8位的D / A转换器DAC0832进行实验研究。 DAC0832是CMOS工艺,共20管引脚,其管脚排列如图48所示。

∑-△模数转换器的原理及应用

∑-△模数转换器的原理及应用张中平（东南大学微电子机械系统教育部重点实验室，南京210096）摘要：∑-△模数转换器由于造价低、精度高、性能稳定及使用方便等特点，越来越广泛地使用在一些高精度仪器仪表和测量设备中，介绍该转换器的基本原理，并重点举例介绍AD7708芯片的应用，该芯片是16 bit模数转换器，与24 bit AD7718引脚相同，可直接升级。关键词：模数转换器；寄存器；串行口我们通常使用的模数转换器（ADC）大多为积分型和逐次逼近型，积分型转换效果不够好，转换过程中带来的误差比较大；逐次逼近型转换效果较好但制作成本较高，尤其是高位数转换，转换位数越多，精度越高，制作成本就越高。而∑-△ADC可以以相对逐次逼近型简单的电路结构，而得到低成本，高位数及高精度的转换效果∑-△ADC大多设计为16或24 bit转换精度。近几年来，在相关的高精度仪器制作领域该转换器得到了越来越广泛的应用［1］。 1 ∑-△ADC的基本工作原理简介 ∑-△模数转换器的工作原理简单的讲，就是将模数转换过后的数字量再做一次窄带低通滤波处理。当模拟量进入转换器后，先在调制器中做求积处理，并将模拟量转为数字量，在这个过程中会产生一定的量化噪声，这种噪声将影响到输出结果，因此，采用将转换过的数字量以较低的频率一位一位地传送到输出端，同时在这之间加一级低通滤波器的方法，就可将量化噪声过滤掉，从而得到一组精确的数字量［1，2］。 2 AD7708/AD7718，∑-△ADC的应用 AD7708/AD7718是美国ADI公司若干种∑ΔADC中的一种。其中AD7708为16 bit转换精度，AD7718为24 bit转换精度，同为28条引脚，而且相同引脚功能相同，可以互换。为方便起见，下面只介绍其中一种，也是我们工作中用过的AD7708。 2．1AD7708的工作原理同其它智能化器件一样，AD7708也可以用软件来调节其所具有的功能，即通过微控制器MCU编程向AD7708的相应寄存器填写适当的参数。AD7708芯片中共有11个寄存器，当模式寄存器（Mode Regis－ter）的最高位后，其工作方框图［2］如图1所示。

∑-△模数转换器工作原理

∑-△ADC工作原理越来越多的应用，例如过程控制、称重等，都需要高分辨率、高集成度和低价格的ADC、新型∑-△转换技术恰好可以满足这些要求。然而，很多设计者对于这种转换技术并不十分了解，因而更愿意选用传统的逐次比较ADC。∑-△转换器中的模拟部分非常简单(类似于一个1bit ADC)，而数字部分要复杂得多，按照功能可划分为数字滤波和抽取单元。由于更接近于一个数字器件，∑-△ADC的制造成本非常低廉。一、∑-△ADC工作原理要理解∑-△ADC的工作原理，首先应对以下概念有所了解：过采样、噪声成形、数字滤波和抽取。 1．过采样首先，考虑一个传统ADC的频域传输特性。输入一个正弦信号，然后以频率fs采样－按照Nyquist 定理，采样频率至少两倍于输入信号。从FFT分析结果可以看到，一个单音和一系列频率分布于DC到fs ／2间的随机噪声。这就是所谓的量化噪声，主要是由于有限的ADC分辨率而造成的。单音信号的幅度和所有频率噪声的RMS幅度之和的比值就是信号噪声比(SNR)。对于一个Nbit ADC，SNR可由公式：SNR=6.02N+1.76dB得到。为了改善SNR和更为精确地再现输入信号，对于传统ADC来讲，必须增加位数。如果将采样频率提高一个过采样系数k，即采样频率为Kfs，再来讨论同样的问题。FFT分析显示噪声基线降低了，SNR值未变，但噪声能量分散到一个更宽的频率范围。∑-△转换器正是利用了这一原理，具体方法是紧接着1bit ADC之后进行数字滤波。大部分噪声被数字滤波器滤掉，这样，RMS噪声就降低了，从而一个低分辨率ADC, ∑-△转换器也可获得宽动态范围。那么，简单的过采样和滤波是如何改善SNR的呢?一个1bit ADC的SNR为7.78dB(6.02+1.76)，每4倍过采样将使SNR增加6dB，SNR每增加6dB等效于分辨率增加1bit。这样，采用1bit ADC进行64倍过采样就能获得4bit分辨率；而要获得16bit分辨率就必须进行415倍过采样，这是不切实际的。∑-△转换器采用噪声成形技术消除了这种局限，每4倍过采样系数可增加高于6dB的信噪比。 2．噪声成形通过图1所示的一阶∑-△调制器的工作原理，可以理解噪声成形的工作机制。图1 ∑-△调制器 ∑-△调制器包含1个差分放大器、1个积分器、1个比较器以及1个由1bit DAC(1个简单的开关，可以将差分放人器的反相输入接到正或负参考电压)构成的反馈环。反馈DAC的作用是使积分器的平均输出电压接近于比较器的参考电平。调制器输出中“1”的密度将正比于输入信号，如果输入电压上升，比较器必须产生更多数量的“1”，反之亦然。积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤波器，而对于量化噪声则表现为高通滤波。这样，大部分量化噪声就被推向更高的频段。和前面的简单过采样相比，总的噪声功率没有改变，但噪声的分布发生了变化．现在，如果对噪声成型后的∑-△调制器输出进行数字滤波，将有可能移走比简单过采样中更多的噪声。这种调制器(一阶)在每两倍的过采样率下可提供9dB的SNR改善。

数模与模数转换器习题与参考答案

第11章数模与模数转换器习题与参考答案【题11-1】反相运算放大器如图题11-1所示，其输入电压为10mV ，试计算其输出电压V O 。图题11-1 解：输出电压为： mV mV V R R V IN F O 10010101 =?=-= 【题11-2】同相运算放大器如图题11-2所示，其输入电压为10 mV ，试计算其输出电压V O 。图题11-2 解：mV mV V R R V IN F O 110101111 =?=+=）（【题11-3】图题11-3所示的是权电阻D/A 转换器与其输入数字信号列表，若数字1代表5V ，数字0代表0V ，试计算D/A 转换器输出电压V O 。 11-3 【题11-4】试计算图题11-4所示电路的输出电压V O 。图题11-4 解：由图可知，D 3~D 0=0101 因此输出电压为：V V V V O 5625.151650101254 === ）（【题11-5】 8位输出电压型R/2R 电阻网络D/A 转换器的参考电压为5V ，若数字输入为，该转换器输出电压V O 是多少？

解：V V V V O 988.21532565100110012 58≈== ）（【题11-6】试计算图题11-6所示电路的输出电压V O 。图题11-6 解：V V V D D V V n n REF O 5625.1516501012 5~240==-=-=）（）（【题11-7】试分析图题11-7所示电路的工作原理。若是输入电压V IN =，D 3～D 0是多少？图题11-7 解：D3=1时，V V V O 6221234== ，D3=0时，V O =0。 D2=1时，V V V O 3221224== ，D2=0时，V O =0。 D1=1时，V V V O 5.1221214== ，D1=0时，V O =0。 D0=1时，V V V O 75.0221204 ==，D0=0时，V O =0 由此可知：输入电压为，D3~D0=1101，这时V O =6V++=，大于输入电压V IN =，比较器输出低电平，使与非门74LS00封锁时钟脉冲CLK ，74LS293停止计数。【题11-8】满度电压为5V 的8位D/A 转换器，其台阶电压是多少？分辨率是多少？解：台阶电压为mV mV V STEP 5.192/50008== 分辨率为：%39.00039.05000/5.195000/===mV V STEP

模数转换器原理

模数(A/D)转换器工作原理A/D转换器(Analog-to-Digital Converter)又叫模/数转换器,即是将模拟信号(电压或是电流的形式)转换成数字信号。这种数字信号可让仪表,计算机外设接口或是微处理机来加以操作或胜作使用。 A/D 转换器 (ADC)的型式有很多种，方式的不同会影响测量后的精准度。 A/D 转换器的功能是把模拟量变换成数字量。由于实现这种转换的工作原理和采用工艺技术不同，因此生产出种类繁多的A/D 转换芯片。 A/D 转换器按分辨率分为4 位、6 位、8 位、10 位、14 位、16 位和BCD码的31/2 位、51/2 位等。按照转换速度可分为超高速（转换时间=330ns），次超高速（330~3.3μS），高速（转换时间3.3~333μS），低速（转换时间＞330μS）等。 A/D 转换器按照转换原理可分为直接A/D 转换器和间接A/D 转换器。所谓直接A/D 转换器，是把模拟信号直接转换成数字信号，如逐次逼近型，并联比较型等。其中逐次逼近型A/D 转换器，易于用集成工艺实现，且能达到较高的分辨率和速度，故目前集成化A/D 芯片采用逐次逼近型者多；间接A/D 转换器是先把模拟量转换成中间量，然后再转换成数字量，如电压/时间转换型（积分型），电压/频率转换型，电压/脉宽转换型等。其中积分型A/D 转换器电路简单，抗干扰能力强，切能作到高分辨率，但转换速度较慢。有些转换器还将多路开关、基准电压源、时钟电路、译码器和转换电路集成在一个芯片内，已超出了单纯A/D 转换功能，使用十分方便。 ADC 经常用于通讯、数字相机、仪器和测量以及计算机系统中，可方便数字讯号处理和信息的储存。大多数情况下，ADC 的功能会与数字电路整合在同一芯片上，但部份设备仍需使用独立的ADC。行动电话是数字芯片中整合ADC 功能的例子，而具有更高要求的蜂巢式基地台则需依赖独立的ADC 以提供最佳性能。 ADC 具备一些特性，包括： 1. 模拟输入，可以是单信道或多信道模拟输入； 2. 参考输入电压，该电压可由外部提供，也可以在ADC 内部产生； 3. 频率输入，通常由外部提供，用于确定ADC 的转换速率； 4. 电源输入，通常有模拟和数字电源接脚； 5. 数字输出，ADC 可以提供平行或串行的数字输出。在输出位数越多(分辨率越好)以及转换时间越快的要求下，其制造成本与单价就越贵。一个完整的A/D转换过程中，必须包括取样、保持、量化与编码等几部分电路。 AD转换器需注意的项目：取样与保持量化与编码

模数转换器工作原理、类型及主要技术指标

模数转换器工作原理、类型及主要技术指标模数转换器（Analog to Digital Converter，简称A/D转换器，或ADC），通常是将模拟信号转变为数字信号。作为模拟电路中重要的元器件，本文将会介绍模数转换器的原理、分类及技术指标等基础知识。 ADC的发展随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测和自动控制系统中的广泛应用，利用数字系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。数字电子计算机所处理和传送的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换成电信号的模拟量后，需经模/数转换变成数字信号才可输入到数字系统中进行处理和控制，因而作为把模拟电量转换成数字量输出的接口电路-A/D转换器是现实世界中模拟信号向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶所在。自电子管A/D转换器面世以来，经历了分立半导体、集成电路数据转换器的发展历程。在集成技术中，又发展了模块、混合和单片机集成数据转换器技术。在这一历程中，工艺制作技术都得到了很大改进。单片集成电路的工艺技术主要有双极工艺、CMOS工艺以及双极和CMOS相结合的BiCMOS工艺。模块、混合和单片集成转换器齐头发展，互相发挥优势，互相弥补不足，开发了适用不同应用要求的A/D和D/A转换器。近年来转换器产品已达数千种。 ADC原理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。模数转换一般要经过采样、保持和量化、编码这几个步骤。 ADC的主要类型目前有多种类型的ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC，也有近年来新发展起来的-型和流水线型ADC，多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。低功耗、高速、高分辨率是新型的ADC的发展方向，同时ADC的这一发展方向将适应现代数字电子技术的发展。并行比较ADC 并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器，采样速率在1GSPS以上，通常称为闪烁

数模和模数转换器

第九章：数模和模数转换器一、单选题 1：想选一个中等速度，价格低廉的A/D转换器，下面符合条件的是（）。 A 逐次逼近型 B 双积分型 C 并联比较型 D 不能确定 2：下面抑制电网公频干扰能力强的A/D转换器是（）。 A 逐次逼近型 B 双积分型 C 并联比较型 D 不能确定 3：不适合对高频信号进行A/D转换的是（）。 A 并联比较型B逐次逼近型 C双积分型D不能确定 4：四位DAC和八位DAC的输出最小电压一样大，那么他们的最大输出电压（）。 A一样大B前者大于后者C后者大于前者D不确定 5：四位权电阻DAC和四位R—2R倒T型DAC在参数一样的条件下最大输出电压（）。A一样大B前者大于后者C后者大于前者 D 不确定 6：四位权电阻DAC和四位R—2R倒T型DAC在参数一样的条件下分辨率（）。 A一样大B前者大于后者C后者大于前者 D 不确定 7：下列A/D转换器类型中，相同转换位数转换速度最高的是（）。 A并联比较型B逐次逼近型 C双积分型D不能确定 8．一个无符号8位数字量输入的DAC，其分辨率为位。 A.1 B.3 C.4 D.8 9．将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续（离散）的模拟量的过程称为。 A.采样 B.量化 C.保持 D.编码 10．以下四种转换器，是A/D转换器且转换速度最高。 A.并联比较型 B.逐次逼近型 C.双积分型 D.施密特触发器二、判断题 1：D/A转换器的建立时间等于数字信号由全零变全1或由全1变全0所需要的时间。（）2：D/A转换器的转换精度等于D/A转换器的分辨率。（） 3：采用四舍五入量化误差分析时，A/D转换过程中最小量化单位与量化误差是相等的。（） 4：在A/D转换过程中量化误差是可以避免的。（） 5：由于R-2R 倒T 型D/A转换器自身的优点，其应用比权电阻DAC广泛。（） 6：倒T型网络D/A转换器由于支路电流不变，所以不需要建立时间。（） 7：A/D转换的分辨率是指输出数字量中只有最低有效位为1时所需的模拟电压输入值。（） 8．权电阻网络D/A转换器的电路简单且便于集成工艺制造，因此被广泛使用。（）

逐次逼近型模数转换器基本原理

逐次逼近型模数转换器基本原理逐次逼近型模数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成，其原理框图如图11-3所示。图11-3 逐次逼近型模数转换器的原理框图转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电压，送到比较器中与进行比较。若＞，说明数字过大了，故将最高位的 1清除；若＜，说明数字还不够大，应将最高位的1保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。可见逐次逼近转换过程与用天平称量一个未知质量的物体时的操作过程一样，只不过使用的砝码质量一个比一个小一半。能实现图11-3所示方案的电路很多。图11-4所示电路是其中的一种，这是一个四位逐次逼近型模数转换器。图中四个JK触发器～组成四位逐次逼近寄存器；5个D触发器～接成环形移位寄存器(又称为顺序脉冲发生器)，它们和门～一起构成控制逻辑电路。图11-4 四位逐次逼近型模数转换器

现分析电路的转换过程。为了分析方便，设D/A转换器的参考电压为=+8 V，输入的模拟电压为=4.52 V。转换开始前，先将逐次逼近寄存器的四个触发器～清零，并把环形计数器的状态置为00001。第1个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器右移一位，其状态变为10000。由于，均为0，于是触发器被置1，和被置0。所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为1000，D/A转换器的输出电压为和在比较器中比较，由于＜，所以比较器的输出电压为。第2个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为 01000。这时由于，，均为0，于是触发器的1保留。与此同时，的高电平将触发器置1。所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为1100，D/A转换器的输出电压为和在比较器中比较，由于＞，所以比较器的输出电压为。第3个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为 00100。这时由于，，均为0，于是触发器的1保留，而被置0。与此同时，的高电平将置1。所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为1010，D/A转换器的输出电压为和在比较器中比较，由于＞，所以比较器的输出电压为。第4个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为00010。这时由于，，均为0，于是触发器、的状态保持不变，而触发器被置0。与此同时，的高电平将触发器置1。所以，这时加到

数模转换器(DAC)原理研究

数字-模拟转换器(DAC> 原理研究电子0801 班 08214014 08214013 一题目简述随着科学技术地发展, 我们常常要用模拟系统来处理数字信号. 这就需要数字-模拟地转换. DAC 地作用是将计算机或控制器产生地二进制数字转换成与之成比例地模拟电压. 其意义相当于一种译码电路. 本次地数模原理研究主要介绍全电阻网络D/A 转换器和倒T 型电阻网络D/A 转换器, 利用等效方法和叠加原理推导输出电压, 比较两种转换器地特点. 并用EWB 软件来验证电路地工作原理.b5E2RGbCAP

二DAC 原理 1. D/A 数模转换器地设计思想 D/A 数模转换器在某种意义上说相当于一种译码电路,将给定地二进制码地量译成相应地模拟量地数值. 数字量是由二进制数位组合起来,而每位数字符号都有一定地权.例如,四位二进制数1101 每位地权对应十进制数值从高位到底为排列依次为8,4,2,1＜必须位置上是一才有效）.所以二进制数1101代表十三.为了将数字量转换成模拟地量,可以将每一位数字量按权地大小装换成模拟量.然后将这些模拟量相加,所得到地总地模拟量就是数字量所必须转换成地模拟

.plEanqFDPw 2.权电阻网络D/A转换器 (1＞数模转换地一种方法是使用电阻网络，网络中阻值表示数字码输入位地二进制权值?输入地电平决定电流地有无，开关接入相应电压V s时,输入电压为V s,二进制数位“ 1".开关接地时输入电压为0V,二进制数为“ 0".如下图给出了一个三位地DAC .DXDiTa9E3d 上面已经提及开关K n」，K T ……,K1,K。分别受输入代码D n 「D n“……,D1,D0地状态控制，由于虚地点地存在，其中某个开关K i接到“ 1"或“ 0"在电阻R支路产生地电流为RTCrpUDGiT I i V R Ri k i即I Z D. i Ri i V R R o D。I V R R1 支路电流总和 22R D o + V R 21R D1 + V R R2 D2 Ll i亠 V R 20R D2 R o D o + V R R1 D1+ V R R2 D2

模数转换器基本原理及应用

Σ-Δ模数转换器基本原理及应用一、Σ-Δ ADC基本原理 Σ-Δ ADC以很低的采样分辨率(1位)和很高的采样速率将模拟信号数字化, 通过使用过采样、噪声整形和数字滤波等方法增加有效分辨率, 然后对ADC输出进行采样抽取处理以降低有效采样速率。Σ-ΔADC的电路结构是由非常简单的模拟电路(一个比较器、一个开关、一个或几个积分器及模拟求和电路)和十分复杂的数字信号处理电路构成。要了解Σ-ΔADC的工作原理, 必须熟悉过采样、噪声整形、数字滤波和采样抽取等基本概念 1.过采样 ADC是一种数字输出与模拟输入成正比的电路, 图1给出了理想3位单极性ADC的转换特性, 横坐标是输入电压U IN 的相对值, 纵坐标是经过采样量化的数字输出量, 以二进制000～111表示。理想ADC第一位的变迁发生在相当于1/2LSB的模拟电压值上, 以后每隔1LSB都发生一次变迁, 直至距离满度的1 1/2 LSB。因为ADC的模拟量输入可以是任何值, 但数字输出是量化的, 所以实际的模拟输入与数字输出之间存在±1/2LSB的量化误差。在交流采样应用中, 这种量化误差会产生量化噪声。图1 理想3位ADC转换特性如果对理想ADC加一恒定直流输入电压, 那么多次采样得到的数字输出值总是相同的, 而且分辨率受量化误差的限制。如果在这个直流输入信号上叠加一个交流信号, 并用比这交流信号频率高得多的采样频率进行采样, 此时得到的数字输出值将是变化的, 用这些采样结果的平均值表示ADC的转换结果便能得到比用同样ADC高得多的采样分辨率, 这种方法称作过采样(oversampling)。如果模拟输入电压本身就是交流信号, 则不必另叠加一个交流信号。采用过采样方法(采样频率远高于输入信号频率)也同样可提高ADC的分辨率。由于过采样的采样速率高于输入信号最高频率的许多倍, 这有利于简化抗混叠滤波器的设计, 提高信噪比并改善动态范围。可以用频域分析方法来讨论过采样问题。由于直流信号转换具有的量化误差达1/2LSB, 所以数据采样系统具有量化噪声。一个理想的常规N位ADC的采样量化噪声有效值为q/12,均匀分布在奈奎斯特频带直流至fs/2范围内, 如图2所示。其中q为LSB的权重, fs为采样速率, 模拟低通滤波器将滤除fs/2以上的噪声。如果用Kfs的采样速率对输入信号进行采样(K

数模转换电路

数模转换电路一、概述数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路，通常称为D/A转换器DAC。二、D/A转换器的基本原理基本原理：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。这就是构成D/A转换器的基本思路。D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，数字寄存器输出的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为１的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。 1、数模转换器的转换方式（1）并行数模转换通过一个模拟量参考电压和一个电阻梯形网络产生以参考量为基准的分数值的权电流或权电压；而用由数码输入量控制的一组开关决定哪一些电流或电压相加起来形成输出量。所谓“权”，就是二进制数的每一位所代表的值。例如三位二进制数“111“,右边第1位的“权”是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位是22/23=1/2。位数多的依次类推。图2为这种三位数模转换器的基本电路,参考电压VREF在R1、R2、R3中产生二进制权电流,电流通过开关。当该位的值是“0”时,与地接通；当该位的值是“1”时,与输出相加母线接通。几路电流之和经过反馈电阻Rf产生输出电压。电压极性与参考量相反。输入端的数字量每变化1，仅引起输出相对量变化1/23=1/8,此值称为数模转换器的分辨率。位数越多分辨率就越高，转换的精度也越高。工业自动控制系统采用的数模转换器大多是10位、12位，转换精度达0.5～0.1％。（2）串行数模转换将数字量转换成脉冲序列的数目，一个脉冲相当于数字量的一个单位，然后将每个脉冲变为单位模拟量，并将所有的单位模拟量相加，就得到与数字量成正比的模拟量输出，从而实现数字量与模拟量的转换。三、D/A转换器的分类 1、电压输出型电流输出型DA转换器很少直接利用电流输出，大多外接电流—电压转换电路得到电压输出，后者有两种方法：一是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流—电压转换，二是外接运算放大器。用负载电阻进行电流—电压转换的方法，虽可在电流输出引脚上出现电压，但必须在规定的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。此外，大部分CMOS D/A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，则电路构成基本上与内置放大器的电压输出型相同，这时由于在DA转换器的电流建立时间上加入了运算放大器的延迟，使响应变慢。此外，这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易起振，有时必须作相位补偿。 2、乘算型 D/A转换器中有使用恒定基准电压的，也有在基准电压输入上加交流信号的，后者由于能得到数字输入和基准电压输入相乘的结果而输出，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的衰减器及对输入信号进行调制的调制器使用。四、D/A转换器的主要性能指标 1、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/(2N-1)。 2、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。 3、编辑本段温度系数在满刻度输出的条件下，温度每升高1℃，输出变化的百分数定义为温度系数。 4、失调误差(或称零点误差)

数模转换器(DAC)原理研究

数字-模拟转换器(DAC)原理研究电子0801班 08214014 08214013

一题目简述随着科学技术的发展, 我们常常要用模拟系统来处理数字信号. 这就需要数字-模拟的转换. DAC的作用是将计算机或控制器产生的二进制数字转换成与之成比例的模拟电压. 其意义相当于一种译码电路. 本次的数模原理研究主要介绍全电阻网络D/A转换器和倒T型电阻网络D/A转换器, 利用等效方法和叠加原理推导输出电压, 比较两种转换器的特点. 并用EWB 软件来验证电路的工作原理. 二DAC原理 1. D/A数模转换器的设计思想 D/A数模转换器在某种意义上说相当于一种译码电路，将给定的二进制码的量译成相应的模拟量的数值。数字量是由二进制数位组合起来，而每位数字符号都有一定的权。例如，四位二进制数1101每位的权对应十进制数值从高位到底为排列依次为8，4，2，1（必须位置上是一才有效）。所以二进制数1101代表十三。为了将数字量转换成模拟的量，可以将每一位数字量按权的大小装换成模拟量。然后将这些模拟量相加，所得到的总的模拟量就是数字量所必须转换成

的模拟量。 2.权电阻网络D/A 转换器 (1) 数模转换的一种方法是使用电阻网络，网络中阻值表示数字码输入位的二进制权值。输入的电平决定电流的有无，开关接入相应电压V s 时，输入电压为V s ，二进制数位“1”。开关接地时输入电压为0V ，二进制数为“0”. 如下图给出了一个三位的DAC 。上面已经提及开关1 -n K , 2-n K ，……, 1K ，0K 分别受输入代码1-n D ，2-n D ，……，1D ，0D 的状态控制，由于虚地点的存在，其中某个开关i K 接到“1”或“0”在电阻i R 支路产生的电流为 i R i k Ri V I = 即 i R i D Ri V I = 000D R V I R = 11 1D R V I R = 222D R V I R = 支路电流总和 I=∑=20i i I =00D R V R +11D R V R +22 D R V R = 022D R V R +112D R V R +202D R V R =R V R 22[001122222?+?+?D D D ]

数模转换器的选用

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数模转换器的选用随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路--模数和数模转换器。

为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器和D/A转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D与D/A转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D与D/A转换器的重要技术指标。随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的A/D和D/A转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。如果CCD的质量能够满足一定色彩位数的要求，为了获得相应的输出效果，就要求有相应位数的数模转换实现数据采样，才能获得满意的效果，如果CCD可以实现36位精度，却使用了三个8位的数模转换器，结果输出出来就只剩下24位的数据精度了，这对于CCD是一种浪费，而如果使用三个16位的数模转换器，是实现了48位的数据输出，但效果与36位比较并无改善，对数模转换器就是一种浪费了。 1. 数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通滤波即可以实现。数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。

数模转换器的选用

根据信号与系统的理论，数字阶梯状信号可以看作理想冲激采样信号和矩形脉冲信号的卷积，那么由卷积定理，数字信号的频谱就是冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱（即Sa函数）的乘积。这样，用Sa 函数的倒数作为频谱特性补偿，由数字信号便可恢复为采样信号。由采样定理，采样信号的频谱经理想低通滤波便得到原来模拟信号的频谱。一般实现时，不是直接依据这些原理，因为尖锐的采样信号很难获得，因此，这两次滤波（Sa函数和理想低通）可以合并（级联），并且由于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能近似完成。

数模及模数转换器习题解答

自我检测题 1 ?就实质而言，D/A 转换器类似于译码器,A/D 转换器类似于编码器。 2 ?电压比较器相当于1位A/D 转换器。 3 ? A/D 转换的过程可分为采样、保持、量化、编码 4个步骤。 4 ?就逐次逼近型和双积分型两种 A/D 转换器而言，双积分型的抗干扰能力强, 逐次逼近型的转换速度快。 5 ? A/D 转换器两个最重要的指标是分辨率和转换速度。 6 ? 8位D/A 转换器当输入数字量只有最低位为 1时，输出电压为0.02V ，若输入数字量只有最高位为1时，则输出电压为 V 。 A. 0.039 B ■ 2.56 C ? 1.27 D .都不是 7 ? D/A 转换器的主要参数有 ______ 、转换精度和转换速度。 A .分辨率 B ?输入电阻 C ?输出电阻 D ?参考电压 8 ?图T7.8所示R-2R 网络型D/A 转换器的转换公式为 _________ 。图 T7.8 9 . D/A 转换器可能存在哪几种转换误差？试分析误差的特点及其产生误差的原因。解：D/A 转换器的转换误差是一个综合性的静态性能指标，通常以偏移误差、增益误差、非线性误差等内容来描述转换误差。偏移误差是指D/A 转换器输出模拟量的实际起始数值与理想起始数值之差。增益误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线的斜率的偏差。 D/A 转换器实际的包络线与两端点间的直线比较仍可能存在误差，这种误差称为非线性误差。 10. 比较权电阻型、R-2R 网络型、权电流型等 D/A 转换器的特点，结合制造工艺、转换的精度和转换的速度等方面比较。解：权电阻型D/A 转换器的精度取决于权电阻精度和外接参考电源精度。由于其阻值范围太宽，很难保证每个电阻均有很高精度，因此在集成 D/A 转换器中很少采用。 R-2R 网络型D/A 转换器电阻网络中只有 R 和2R 两种阻值的电阻，且比值为2。虽然集成电路技术制造的电阻值精度不高，但可以较精确地控制不同电阻之间的比值，从而使R-2R 网络型D/A 转换器获得较高精度。权电流型D/A 转换器可以消除模拟开关导通电阻产生的影响。同时可获得较高的转换速度。 11. 工—A 模/数（A / D ）中包括哪些主要部分？它们各起什么作用？解：工—A 模/数转换器由1个差分放大器、一个积分器、1个比较器、1个1bit 的DAC 和数字滤波器组成。差分放大器：将输入信号 V I 减去来自1位DAC 的反馈信号得到误差信号，V e = V I — V f 。积分器：积分器对误差信号 v e 进行积分。电压比较器：当积分器的输出电压 v g > 0V 时，输出V g /为高电平（逻辑1 ）；当V g W 0V 时，V g z 为低电平（逻辑0）。实际上，该电压比较器可以看成是 1位的ADC 1位的DAC 由一模拟选择开关构成。当输入为逻辑 1时，把输出端V f 接+V REF ；当输入为逻辑0 时，把输出端V f 接地。 A . V 。 V REF 23 、D i i =0 B. V o 3 24 J 2i 2 V REF C . V o V 3 V R 4^' Di 2i 24 y D. V o V REF J 2 i =0 D i 2i

数模转换器(DAC)原理研究

数模及模数转换器习题解答

什么是DAC(数模转换器)

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