文章目錄

• 參考文獻
• DAC基本原理
• DAC分類
• • 倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)
  • 權(quán)電流轉(zhuǎn)換器
• DAC的性能指標
• • 分辨率
  • 轉(zhuǎn)換速度
• ADC基本原理
• ADC分類
• ADC的性能指標
• • ADC的位數(shù)
  • 分辨率
  • 基準源
  • 轉(zhuǎn)換速率
  • 量化誤差

參考文獻

DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換/ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換
單片機 AD/DA數(shù)模轉(zhuǎn)換
模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）與數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）

DAC基本原理

DAC將輸入的數(shù)字量按權(quán)的大小，通過電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為模擬量，再通過加法電路，轉(zhuǎn)換為與數(shù)字量成比例的模擬量。
實際上就是二進制轉(zhuǎn)換為十進制的過程。
基本組成包括鎖存器、電子開關(guān)、基準源、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和求和電路。

鎖存器：保存輸入的數(shù)字量。
電子開關(guān)：被數(shù)字量控制開關(guān)，用來決定是否將某一路數(shù)字量轉(zhuǎn)換為有效模擬量輸出。
基準源：給模擬量提供參考電壓。
權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)：提供每一路數(shù)字量的比例。
求和電路：將每路數(shù)字量轉(zhuǎn)化的模擬量按權(quán)相加

輸入輸出的關(guān)系如下：

基準源和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)是關(guān)鍵。
基準源越大，可輸出的模擬量的范圍當(dāng)然也就會越大。

DAC分類

按解碼結(jié)構(gòu)分，有倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)，T型電阻網(wǎng)絡(luò)，權(quán)電流轉(zhuǎn)換器。

倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)

原理如下：
當(dāng)開關(guān)為1，即數(shù)字量為1時，接到運放反相端，表示電流輸出有效；當(dāng)為0時接到同相端地。無論哪種情況，電阻網(wǎng)絡(luò)都接到地上。

權(quán)電流轉(zhuǎn)換器

考慮到模擬開關(guān)的導(dǎo)通壓降，導(dǎo)通電阻的誤差和功耗，用恒流源代替權(quán)電阻轉(zhuǎn)換電路得到權(quán)電流轉(zhuǎn)換器。

在實際應(yīng)用中，用負反饋運放組成基準電流源，用三極管組成權(quán)電流源。輸出只與反饋電阻和基準電壓源電阻有關(guān)，與內(nèi)部電阻和三極管無關(guān)。

DAC的性能指標

分辨率

分辨率是模擬輸出電壓可被分離的等級數(shù)，n位DA分辨率一般為1/2^n。位數(shù)越高，分辨率越高。

轉(zhuǎn)換速度

用來描述數(shù)字量變化引起模擬量變換的轉(zhuǎn)換時間。
用來衡量此指標的參數(shù)有，建立時間和轉(zhuǎn)換速率。
1）建立時間
指數(shù)字量變化，輸出電壓在規(guī)定誤差范圍內(nèi)所需要的時間。
2）轉(zhuǎn)換速率
指大信號工作狀態(tài)下，模擬輸出電壓的最大變化率。

ADC基本原理

ADC就是起到把連續(xù)的信號用離散的數(shù)字表達出來的作用。
A/D轉(zhuǎn)換一般步驟：取樣、保持、量化、編碼

逐次逼近式ADC，數(shù)字量由“逐次逼近寄存器SAR”產(chǎn)生。
SAR使用“對分搜索法”產(chǎn)生數(shù)字量。
以8位數(shù)字量為例，SAR首先產(chǎn)生8位數(shù)字量的一半，即10000000B，試探模擬量Vin的大小，若Vn>Vi，清除最高位bit7，若Vn<Vin，保留最高位。
在最高位確定后，SAR又以對分搜索法確定次高位bit6，即以低7位的一半y1000000B(y為已確定位) 試探模擬量Vin的大小。
在bit6確定后，SAR以對分搜索法確定bit5位，即以低6位的一半yy100000B(y為已確定位) 試探模擬量的大小。
重復(fù)這一過程，直到最低位bit0被確定，轉(zhuǎn)換結(jié)束。

ADC分類

AD的種類很多，分為積分型，逐次逼近型，并行/串行比較型，Σ-Δ型等多種類型。
ADC的轉(zhuǎn)換速率是能夠重復(fù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。
而完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間（包括穩(wěn)定時間），則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。

A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)速速度主要取決于轉(zhuǎn)換電路的類型，不同類型的A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度相差很大。

積分式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最慢，需幾百毫秒左右；
逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快，需十幾微秒；
并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快，僅需幾十納秒。

1）積分型A/D轉(zhuǎn)換器
將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流

2）逐次逼近型A/D
逐次逼近轉(zhuǎn)換過程和用天平稱物重非常相似。天平稱重物過程是從最重的砝碼開始試放，與被稱物體進行比較，若物體重于砝碼，則該砝碼保留，否則移去。在加上第二個次重砝碼，由物體的重量是否大于砝碼的重量決定第二個砝碼是否留下還是移去。以此類推，一直加到最小一個砝碼為止。然后將所有留下的砝碼重量相加，就得此物體的重量，按照這一思路，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。，就是將輸入模擬量與不同的參考電壓作多次比較。使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對應(yīng)值。

3）并行/串行型ADC

ADC的性能指標

ADC的位數(shù)

一個n位的ADC表示這個ADC共有2的n次方個刻度。
8位ADC，輸出的是從0-255的256個數(shù)字，也就是2的8次方的一個數(shù)據(jù)刻度。與分辨率息息相關(guān)。

分辨率

分辨率是數(shù)字量變化的一個最小刻度時，模擬信號的變化量，定義為滿刻度量程與**（2的n次方-1）**的比值。假定5.10V的電壓系統(tǒng)，使用8位的ADC進行測量，那么相當(dāng)于0-255，一共256個刻度。把5.10V劃分成255份，那么分辨率就是5.10/255=0.02V。

基準源

基準源也叫基準電壓，是ADC的1個重要標準，要想把輸入ADC的信號測量準確，那么基準源首先要準，基準源的偏差會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果的偏差比如一根米尺，總長度本應(yīng)該是1米，假定這根米尺被火烤了一下，實際變成了1.2米，再用這根米尺測物體長度的話自然就有了較大的偏差。假如我們的基準源應(yīng)該是5.10V，但是實際上提供的卻是4.5V，這樣誤把4.5V當(dāng)成了5.10V來處理的話，偏差也會比較大。

轉(zhuǎn)換速率

轉(zhuǎn)換速率，是指ADC每秒能進行采樣轉(zhuǎn)換的最大次數(shù)，單位是sps（或s/s、sa/s，即samples per second），它與ADC完成一次從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換所需要的時間互為倒數(shù)關(guān)系。
ADC的種類比較多
積分型的ADC轉(zhuǎn)換時間是毫秒級的，屬于低速ADC；
逐次逼近型ADC轉(zhuǎn)換時間是微妙級的，屬于中速ADC；
并行/串行的ADC的轉(zhuǎn)換時間可達到納秒級，屬于高速ADC。

量化誤差

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的电路设计学习一：DAC/ADC原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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