A/D转换器与D/A转换器

厚积薄发

一、D/A转换器
1、D/A转换器的分类：有权电阻网络、T形电阻网络、倒T形电阻网络等几种。

2、D/A转换器的功能：无论何种形式的D/A转换器，都是把输入的数字量转换成与之成比例的模拟量。倒T形电阻网络D/A转换器是目前D/A转换器中速度最快的一种，也是用得最多的一种。下面以倒T形电阻网为例说明D/A转换器。
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3、D/A转换器的组成：
(1)倒T形电阻网络D/A转换器它由即倒T电阻网络、模拟开关、求和放大器及基准电源组成。
(2)输出模拟电压U0值与输入二进制值D为成正比的关系，从而能实现了D/A转换。
U0=-UR(Dn-12n-1 + Dn-22n-2+---+ D12+ D020)/2n U0为输出电压 D为输入二进制值 UR或（UREF）为基准电压
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' L4 n$ T# [5 q2 @" q 4、D/A转换器的主要技术指标
（1）．分辨率
2 n0 B- G+ y4 q- w DAC分辨率是指最小输出电压与最大输出电压之比。分辨率与DAC的位数有关，位数越高，分辨率值越小，分辨能力越高。例如十二位数一模转换器的分辨率为      
8 P# D6 G5 C2 a* ? （2）．转换误差
' L3 H5 V7 R) Q* o: q( pDAC转换误差是指实际输出模拟电压值与理想值的最大偏差。这误差是由三部分构成：
+ [5 `. w8 ^& L0 C' g  1）非线性误差：一般是由于模拟电子开关的导通电阻和导通压降及R、2R电阻值的偏差引起。
; Q( K6 F9 ]: A* Y2 a) e  2）漂移误差：一般是由于运算放大器的零点漂移引起。
  3）增益误差：一般是由于参考电压偏离标准值、运放增益不稳定引起。  （3）．转换时间  
4 Z9 g) R% f! t7 g) d3 t  转换速度一般由建立时间决定．从输入由全0突变全1起，到输出电压稳定（最大输出电压最小输出电压）止，称为DAC转换时间。它是DAC最大响应时间。例如，DAC 5G7520响应时间不大于500ns。
  此外，尚有电源抑制比、功率消耗、温度系数以及输入高、低逻辑电平的数值等技术指标。  

+ K# v6 B8 j+ _+ r0 w5、集成D/A转换器
( S, m2 v* \0 e5G7520是n=10的倒T形电阻网络集成D/A转换器。
倒T形电阻网络、模拟开关和求和放大器的反馈电阻被集成，求和放大器是外接的。
例： 用5G7520和一个集成运算放大器组成一个D/A，若某时刻输入的数字信号d7～d0＝11110011，试求该时刻输出模拟电压v0的值。设基准电压VREF＝8V，电源电压VDD＝l 5V。
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二、A/D转换器 1、A/D转换的一般步骤
8 T" {! R4 ]' x! O) l/ I. @（1）、将模拟信号转换成数字信号需要经过采样、保持、量化和编码四个步骤。
9 Z6 d. R( K( x+ m8 ~5 A* O- C) y采样是将时间上连续变化的模拟量，转换成时间上断续变化的模拟量。
# d4 F& X: e8 q1 E) f8 S& Q采样所得的信号，量化装置来不及将它数字化。因此，在两次采样之间，应将采样的模拟信号暂时存储起来，并把该模拟信号保持到下一个采样脉冲到来之前，这就需要保持电路。
（2）、量化与编码  
5 `1 j$ U2 Q6 R# i% D* Q: |将上述阶梯波用一个规定的最小量单位△去度量，最终模拟量可用这个最小量单位△的整数倍来表示。这个最小量单位△叫做量化单位。量化的结果用代码表示之称为编码。由于模拟量不一定被△整除，因此量化过程中不可避免会产生误差，这种误差叫量化误差。

% h. Q3 N) d0 Y) i 2、A/D转换器的主要技术指标
+ r& s/ M) b1 l8 J1 G9 f& O# N; n9 Y（1）分辨率
A/D转换器的分辨率是指引起A/D转换器的输出数字量变动一个二进制数码的最低有效位（LSB）（例如从00H变到01H）时输入模拟量的最小变化量。例如，A/D转换器输入模拟电压变化范围为0～10V，输出为10位码，则分辨率R为
* _7 \2 x# N+ U& W+ T2 t2 a比9.77mV小的模拟量变化不再引起输出数字量的变化。所以，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。在满量程一定的条件下位数愈多，分辨率越高，当然价格也愈贵。常用的A/D转换器有8、10、12位几种。
（2）精度
A/D转换器的精度决定于量化误差及系统内其他误差之和。一般的精度指标为满量程的±0.02%，高精度指标为满量程的±0.001%。
（3）转换时间或转换速度率
从输入模拟量到转换完毕输出数字量所需要的时间称为转换时间，转换时间越短，速率越高，价格也越贵。A/D转换器转换时间的典型值50μs，高速A/D转换器的转换时间为50ns。

" H1 l" `  X+ o. P: h! j" A3 c 3、集成A/D转换器及应用举例
CC14433是双积分型A/D转换器，它是大规模CMOS集成电路，广泛应用于数字电压表、数字温度计和各种低速采集系统中。它的积分器部分的模拟电路和控制部分的数字电路被集成在同一芯片上，使用时只需外接两个电阻和两个电容，即可组成具有自动调零和自动极性切换功能的A/D转换器系统。
/ p. e1 P5 V1 \8 }（1）CC14433原理框图及外引线排列图
CC14433的原理框图和外引线排列图如下图所示。
6 X9 C) d* }3 i; I* W（2）工作原理
CC14433主要由CMOS线性电路和数字电路两部分组成。
①CMOS线性电路。CMOS线性电路即图中模拟电路部分，它由三个运算放大器组成。其作用是接受被测信号uI和基准信号VREF，并对它们进行积分。  
9 g; h' S* w- L* [: f) B/ [- ]( EVDD为正电源电压端； VSS为接地端电压； VAG为模拟地端电压； VEE为负电源电压；
  y9 [7 |, ^- I; K2 `3 K5 y! aQ0~Q3为BCD码输出端；接显示译码器； VREF为基准电压端； uI为输入模拟电压端；
8 Q3 \" K" l' XCPI、CP0为时钟脉冲输入、输出端，外接300kΩ电阻可产生时钟，也可从外部输入脉冲（从CPI接入）；
C01、C02为接补偿电容端，通常取C=0.1μF；DS1~DS4为千、百、十、个输出位选通信号端；
" a- c* r' a3 j- e0 ^R1、R1/C1、C1为外接积分元件端；
OR为溢出信号输出端，溢出时为0；DU为控制转换结果的输出端（若DU端输入一个正脉冲，则将转换结果送至输出锁存器中；否则锁存器中的数据不变，输出仍为原来的结果）；
EOC为A/D转换结束、正脉冲信号输出端，将EOC接到DU端，那么输出的将是每次转换后的新结果。
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