ADC和DAC工作原理

ADC/DAC设计经典问答

1. 什么是小信号带宽（SSBW）？

小信号带宽（Small Signal Bandwidth (SSBW)）是指在指定的幅值输入信号及特定的频率下，它的输出幅值比低频时的输出幅值下降指定值时，该特定频率为小信号带宽。

2. 什么是共模电压（VCM）？

共模电压（Common Mode Voltage (VCM )）是差动输入的两个引脚上相同的直流输入电压。

3. 什么是MSB（最高有效位）？

MSB（最高有效位（Most Significant Bit）），是具有最大的值或权重的位。它的值是满量程的一半。

4. 什么是采样（孔径）延时？

采样（孔径）延时（Sampling (Aperture) Delay）是时钟输入的后边缘到采样开关打开所需的时间。采样/保持电路有效地停止输入信号捕获，并进入“保持”模式，确定时钟延时后的采样。

5. 什么是满量程（FS）输入范围？

满量程输入范围（Full Scale Input Range），是指模数转换器上数字化的输入电压的输入范围，既不低于这个范围也不超过这个范围。 比如 V REF + = 3.5V 和 VREF - = 1.5V, FS = (VREF + )-

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

1. AD转换器的分类

下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。

1）积分型（如TLC7135）

积分型AD工作原理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。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 双积分tlc7135芯片资料

2）逐次比较型（如TLC0831）

逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。 TLC0831芯片资料(德州仪器公司（TI）推出的TLC0831/2是广泛应用的8位A/D转换器。TLC0831是单通道输入；TLC0832是双通道输入，并且可以软件配置成单端或差分输入。串行输出可以方便的和标准的移位寄存器及微处理器接口) TLC0831可以外接高精度基准以提高转换精度，TLC0

1. AD转换器的分类

下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。

1）积分型（如TLC7135）

积分型AD工作原理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。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 双积分tlc7135芯片资料

2）逐次比较型（如TLC0831）

逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。 TLC0831芯片资料(德州仪器公司（TI）推出的TLC0831/2是广泛应用的8位A/D转换器。TLC0831是单通道输入；TLC0832是双通道输入，并且可以软件配置成单端或差分输入。串行输出可以方便的和标准的移位寄存器及微处理器接口) TLC0831可以外接高精度基准以提高转换精度，TLC0

实验六 ADC与DAC

姓名： 郑永翔 班级： 通信1103 学号： 201103110330

实验目的

1. 掌握VC5509A片内模拟-数字转换器（ADC）的控制方法。 2. 了解外部数字-模拟转换器（DAC）的连接方法。 3. 掌握通过EMIF接口控制外部DAC的程序设计方法。 4. 进一步熟悉VC5509A的定时器的使用。

实验内容

1. 5509ADSP片上ADC模块特性

(1) 带内置采样和保持 (2) 10位

(3) 最小转换时间：500ns (4) 最大采样率：21.5kHz

(5) 2个模拟输入通道（AIN0、AIN1）

(6) 采样和保持获取时间窗口有单独的预定标控制 2. ADC工作过程

(1) ADC模块接到启动转换信号后，开始转换第一个通道的数据。 (2) 经过一个采样时间的延迟后，将采样结果放入转换结果寄存器保存。 (3) 转换结束，设置标志。 (4) 等待下一个启动信号。

3. ADC的程序控制

ADC时钟远低于CPU时钟，一般采用中断方式启动转换或保存结果，可以减少对CPU的占用。程序设计应首先

揭秘Σ-Δ ADC的工作原理

节选自Maxim应用笔记AN1870

石忠东 整理

摘要：本文深入介绍了Σ-Δ模拟数字转换器（ADC）的理论背景，特别强调了过采样，噪声整形，滤波和抽取等几个难于理解的有关数字信号的关键概念。

越来越多的应用，诸如过程控制、称重等，都需要高分辨率、高集成度和价格低廉的ADC。 新型Σ-Δ转换技术恰好可以满足上述需求。然而，很多设计者并不十分了解这种AD转换技术，因而更愿意选用传统的逐次比较（SAR）型ADC。

Σ-Δ转换器的模拟部分非常简单（类似于一个1位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Σ-Δ型ADC更接近于数字器件，因而其制造成本非常低廉。

Σ-Δ ADC的工作原理

要理解Σ-Δ型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fS2间的随机噪声，如图所示，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。

频域

功率

信号

单片机

第十章 ADC 与 DAC 接口设计

1 分辨率 ：用二进制位数或BCD码位数表示。

8 12 16 位二进制 ：ADC 0809 、AD574等 3 位半、5位半、6位半 BCD码输出：MC14433、 ICL7135 、

2 转换速率：转换时间的倒数。

低速： 转换时间< = 1S

中速： 转换时间< = 1ms

高速： 转换时间< = 1µS

超高速： 转换时间< = 1ns

单片机

一 ADC 0809 采样系统时序分析与设计

ADC0809 时序

1 ALE 的上跳沿锁存通道地址

2 在ALE 的上跳沿来到前通道地址需有稳定的建立时间≥25ns

3 START 的下跳沿启动转换

4 在START 的下跳沿启动转换后最大应有8CLK+2微秒时间EOC为高电平

该EOC高电平,并不意味着转换完毕.

5 转换时间100微秒

6 OE的下跳沿读取转换的数字量

单片机

MCS-51 时序

单片机

(1)

MOV DPTR, # 7FF7 H ; 7FF00---7FF7

MOV A , #03H

MOVX @DPTR, A ;

单片机

第十章 ADC 与 DAC 接口设计

1 分辨率 ：用二进制位数或BCD码位数表示。

8 12 16 位二进制 ：ADC 0809 、AD574等 3 位半、5位半、6位半 BCD码输出：MC14433、 ICL7135 、

2 转换速率：转换时间的倒数。

低速： 转换时间< = 1S

中速： 转换时间< = 1ms

高速： 转换时间< = 1µS

超高速： 转换时间< = 1ns

单片机

一 ADC 0809 采样系统时序分析与设计

ADC0809 时序

1 ALE 的上跳沿锁存通道地址

2 在ALE 的上跳沿来到前通道地址需有稳定的建立时间≥25ns

3 START 的下跳沿启动转换

4 在START 的下跳沿启动转换后最大应有8CLK+2微秒时间EOC为高电平

该EOC高电平,并不意味着转换完毕.

5 转换时间100微秒

6 OE的下跳沿读取转换的数字量

单片机

MCS-51 时序

单片机

(1)

MOV DPTR, # 7FF7 H ; 7FF00---7FF7

MOV A , #03H

MOVX @DPTR, A ;

??模数转换器概述

过采样??ADC的基本结构包括抗混迭滤波器、调制器及降采样低通滤波器，如图3.1所示。抗混迭滤波器将输入信号限制在一定的带宽之内，对于过采样ADC，由于输入信号带宽f0远小于采样频率fs的一半，抗混迭滤波的通带到阻带之间的过渡带(fs?2f0)较宽，缓解了其设计要求，可用低阶模拟滤波器实现。调制器将过采样信号转化为高速、低精度的数字信号。然后降采样滤波器将其转变为Nyquist频率的高精度信号。调制器可以抑制过采样率ADC电路引入的噪声，非线性等误差，这样缓解了它对模拟电路的精度要求。另外，对于开关电容电路实现的过采样ADC，无需采用采样保持电路。

X(t)f0fs调制器H(f)Y[n]Mfs/MD/A抗混迭滤波器降采样低通滤波器数字部分模拟部分

图3.1 ??过采样ADC的结构图

本章首先介绍了??ADC的一些主要性能指标、调制器的工作原理、基本结构，然后介绍了调制器的非理想因素与误差来源，最后介绍了未深入研究的问题与宽带??ADC研究现状。 3.1 ??ADC的一些主要性能指标

??ADC的主要性能指标为：动态范围(DR)、信噪比(SNR)、信噪失真比

(SNDR)、有效位数(ENOB)以及过载度(OL)。如图3.2所示

电路分析专题研讨报告

数字-模拟转换器(DAC)原理研究

摘要：

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转换器或DAC。我们分析了D/A转换的原理，以三位转换器为主要的研究对象，利用Multisim对输出信号进行了仿真。 成绩评定：

10221062

数字-模拟转换器(DAC)原理研究

一．内容描述：

D/A转换器通常是把加权值与二进制码的各比特相对应的电压或者电流，按二进制码进行相加，从而得到模拟信号的方法。产生加权电压和电流的方法有使用负载电阻的方法和使用梯形电阻网络的方法。

二．实验原理：

如图可作为研究DA 转换电路的模型，其中开关20，21，22 分别与三位二进制数相对应。当某位二进制数为“1”时开关接入相应电压Vs，为“0”时开关接地。

利用叠加定理和等效分析证明运放输出电压与3 位二进制数字成比例。即

其中：D2D1D0用来控制电路图中得三个开关。（从右往左依次是

D2D1D0）

证明：

当J1接左端，J2、J3接右端时，即D0=1，D1=D2=0；分析等效电路

逐步简化电路如下：

进一步等效

最终等效电路：

从而

同理：

当J2接左端，J1、J3接右端时，分析等