AD/DA基础知识

1.ADC电路基础知识

ADC是将模拟信号转换为数字信号。

ADC的原理：通过采样-保持-量化以及编码电路，将输入的连续波形的模拟信号变换成间断的数字型号。模拟量可以是电压、电流等电信号，也 可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。

采样：采样是将连续变化的模拟波形通过与采样脉冲串（或者周期方波信号）做卷积运算，将连续变化的量变成时间离散的模拟量。

根据奈奎斯特定理，S(t)对应的采样频率fs与输入信号的最高频率分量fmax之间必须满足fs≥2fmax。

保持：实际过程中采样电路每次取得的模拟信号转换为数字信号都需经过一定的时间，这是为了为后面的量化编码体提供一个稳定值。必须要通过一个保持电路，保持一段时间。实际上采样和保持的过程是通过采样-保持电路同时完成的。在t=t0，控制电路闭合，电容充电，此时v0=vi。在t0-t1时间内采样，t=t1断开，电容放电。

量化：把输入信号幅度连续变化的范围分为有限个不重叠的子区间，每个子区间用对应的一个确定数值表示，其内的输入信号就以该数值输出，从而将连续输入信号变为有限个离散值电平的近似信号

编码: 编码就是将量化过后的电压幅值用对应的二进制码对应进行表示

参数

1. 分辨率（Resolution）

指ADC能够分辨量化的最小信号的能力，用二进制位数表示。
对于给定的一个具体ADC器件，其分辨率值是固定的。

ADC器件，其精度值可能会受外界环境（温度、干扰等）的影响而变化。

eg：一个10位的ADC，其所能分辨的最小量化电平为参考电平（满量程）的2的10次方分之一。

分辨率越高，就可以将满量程里的电平分出更多份数，得到的结果就越精确.

2.精度（Precision）

指对于给定模拟输入，实际数字输出与理论预期数字输出之间的接近度（误差值是多少）换而言之，转换器的精度决定了数字输出代码中有多少个比特表示有关输入信号的有用信息。

3. 转换速率(Conversion Rate)

指完成从模拟信号到数字信号 AD 的一次转换所需时间的倒数。积分型 AD 的转换时间是毫秒级，属低速 AD；逐次比较型 AD 是微秒级，属中速 AD； 全并行/串并行型 AD 可达到纳秒级。而采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。 为了保证转换的正确完成，采样速率 (Sample Rate)必须小于或等于转换速率。有的设计师习惯将转换速率在数值上等同于采样速率，这一做法也是可以接受的。转换速率常用单 位是 ksps 和 Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo / Million Samples per Second）

4.量化误差 (Quantizing Error)

指由于 AD 的有限分辨率而引起的误差，即有限分辨率 A D 的阶梯状转移特性曲线与无限分辨率 AD（理想 AD）的转移特性曲线（直线）之间的最 大偏差。其通常是 1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为 1LSB、1/2LSB。

5. 偏移误差(Offset Error) ：

输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。

6. 满刻度误差(Full Scale Error)

满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。

7.线性度(Linearity) ：

实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，但不包括上述三种误差。

8.器件的信噪比（SNR）和动态范围多数时候被定义为同一个值，即：动态范围 ＝SNR＝RMS满量程/RMS噪声 并且经常使用dB作为单位，即动态范围（dB） ＝ SNR（dB） ＝ 20*Log10 （RMS满量程/RMS噪声）

分类

按工作原理的不同，可分成间接 ADC 和直接 ADC。间接 ADC 是 先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，常用的有双积分 型 ADC。直接 ADC 则直接转换成数字量，常用的有并联比较型 ADC 和逐次逼近型 ADC。

并联比较型 ADC：

采用各量级同时并行比较，各位输出码也是同时并行产生，所以转换 速度快。并联比较型 ADC 的缺点是成本高、功耗大。

逐次逼近型 ADC：

它产生一系列比较电压 VR，但它是逐个产生比较电压，逐次与输入电 压分别比较，以逐渐逼近的方式进行模数转换。它比并联比较型 ADC 的转换速度慢，比双分 积型 ADC 要快得多，属于中速 ADC 器件。

双积分型 ADC：

它先对输入采样电压和基准电压进行两次积分，获得与采样电压平均值 成正比的时间间隔，同时用计数器对标准时钟脉冲计数。它的优点是抗干扰能力强，稳定性 好；主要缺点是转换速度低。

2.DAC电路基础知识

数模转换器即 D/A 转换器，或简称 DAC（Digital to Analog Conver），是指将数字信号 转变为模拟信号的电子元件。
D/A转换器基本上由权电阻网络、运算放大器、基准电源、模拟开关四部分组成。

锁存器：保存输入的数字量

电子开关：被数字量控制开关，用来决定是否将某一路数字量转换为有效模拟量输出

基准源：给模拟量提供参考电压。

权电阻网络：提供每一路数字量的比例

求和电路：将每路数字量转化的模拟量按权相加

DAC的性能指标

1.分辨率 分辨率是模拟输出电压可被分离的等级数，n位DA分辨率一般为1/2^n。位数越高，分辨率越高。

转换速度

 用来衡量此指标的参数有，建立时间和转换速率。

 用来描述数字量变化引起模拟量变换的转换时间。

 1）建立时间 指数字量变化，输出电压在规定误差范围内所需要的时间。

 2）转换速率 指大信号工作状态下，模拟输出电压的最大变化率

DAC 可分为电压型和电流型两大类

电压型 DAC 可分为：权电阻网络型、T 型电阻网络型和树形开关网络型等；

电流型 DAC 有权电流型电阻网络和倒 T 型电阻网络等。

电压输出型(如 TLV5618)

虽然电压输出型 DAC 可直接从电阻阵列输出电压，但一般 采用内置输出放大器以低阻抗输出。直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出放 大器部分的延迟，故常作为高速 DAC 使用。

电流输出型(如 THS5661A )

电流输出型 DAC 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。

乘算型(如 AD7533) 。

DAC 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 DAC。乘 算型 DAC 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。

一位 DAC。一位 DAC 与前述转换方式全然不同，它将数字值转换为脉冲宽度调制或频率 调制的输出，然后用数字滤波器作平均化而得到一般的电压输出，用于音频输出等场合。