《半导体存储器与可编程器件》-第8章 AD、DA转换器

*§8.1概述

欲使数字电路能处理模拟信号，则必须有能将模拟信号转换成数字信号的装置，即模数转换器（A/D转换器）或简称为ADC。有时也需要将数字信号转换成模拟信号的装置，即数模转换器（D/A转换器）或简称为DAC。*§8.2D/A转换器D/A转换器主要有以下几种分类：1.按模拟量输出方式分为：电流输出型和电压输出型D/A转换器。电流输出型D/A转换器，如THS5661A，一般直接输出电流，但在实际应用中通常外接电流一电压转换电路得到电压输出。电压输出型一般采用内置输出放大器以低阻抗输出，如TLC5620。2.按数字量输入方式分为：并行输入和串行输入D/A转换器。3.按电阻网络的结构可以分为权电阻网络D/A转换器、型电阻网络D/A转换器、倒型电阻网络D/A转换器、权电流D/A转换器等。4.按D/A转换器的分辨率分为：低分辨率、中分辨率和高分辨率D/A转换器。D/A转换器的数模转换有两种：并行数模转换和串行数模转换。*§8.2D/A转换器

8.2.1D/A转换器的工作原理和转换电路

*§8.2D/A转换器

8.2.1D/A转换器的工作原理和转换电路1.权电阻网络D/A转换器*§8.2D/A转换器

8.2.1D/A转换器的工作原理和转换电路1.权电阻网络D/A转换器*§8.2D/A转换器

8.2.1D/A转换器的工作原理和转换电路1.权电阻网络D/A转换器优点是结构比较简单，所用的电阻元件数很少。不足在于：各个电阻的阻值相差较大，特别在输入信号的位数较多时，这个问题就显得尤为突出。例如，当输入信号增加到8位时，如果取权电阻网络中最小的电阻为

,那么最大的电阻阻值将达到，二者相差达128倍之多。要想在极为宽广的阻值范围内保证每个电阻都有很高的精度是十分困难的，尤其对制作集成电路更加不利。*§8.2D/A转换器

8.2.1D/A转换器的工作原理和转换电路2.T型电阻网络D/A转换器*§8.2D/A转换器

8.2.1D/A转换器的工作原理和转换电路2.T型电阻网络D/A转换器*§8.2D/A转换器

8.2.1D/A转换器的工作原理和转换电路2.T型电阻网络D/A转换器优点是它只用到的两种电阻，而且各开关支路上的电流均相等，所以转换速度较快，这对选用高精度电阻和提高转换器精度都是有利的；缺点是使用的电阻数量较多，且在电阻译码网络中各支路存在传输时间差异。该电路适合于位数较高且转换速度较快的场合。

*§8.2D/A转换器

8.2.1D/A转换器的工作原理和转换电路3.倒T型电阻网络D/A转换器*§8.2D/A转换器

8.2.1D/A转换器的工作原理和转换电路3.倒T型电阻网络D/A转换器注意倒T型电阻网络D／A转换器虽然具有较高的转换速度，但因电路中存在模拟开关电压降，当流过各支路的电流稍稍有变化，就会产生转换误差。*§8.2D/A转换器

8.2.2D/A转换器的主要技术参数1.分辨率2.转换精度转换精度是指输出模拟电压的实际值与理论值之间的差值，即最大静态转换误差。这种误差主要是由于参考电压的波动、运算放大器的零点漂移、模拟开关的压降和电阻网络中电阻阻值偏差等引起的。3.转换速度D/A转换器完成一次转换所需的最大时间，叫做转换速度。转换时间越短，说明转换器工作的速度越快。*§8.3A/D转换器

A/D转换器就是指信号的模数转换，即把输入的模拟信号转换成数字信号输出。A/D转换器根据量化编码电路的形式不同，可以分为直接型和间接型A/D转换器。直接型A/D转换器输入的模拟信号直接被转换成相应的数字信号，它又分为反馈比较型（有逐次逼近型和计数型两种）和并行（如并联比较型）A/D转换器。

*§8.3A/D转换器

8.3.1A/D转换器的工作原理和转换电路1.A/D转换器的基本原理一般A／D转换过程要经过采样、保持、量化、编码四个步骤完成。（1）采样与保持采样（又称取样）就是在控制信号作用下，将模拟量每隔一定的时间抽取一次样值，使连续变化的模拟量变成断续(离散)变化的模拟量。采样结束后，保持器就保持每次采样的量值不变，直到下次采样。*§8.3A/D转换器

8.3.1A/D转换器的工作原理和转换电路1.A/D转换器的基本原理（2）量化与编码数字信号不仅在时间上是离散的，而且数值大小的变化也是不连续的。也就是说，A/D转换器输出的任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。因此在A/D转换过程中，必须把采样—保持的电压化成某个最小单位的整数倍，这个过程称为量化，所取的最小单位叫做量化单位，用Δ表示，其大小等于输出的数字信号最低有效位1所代表的数量大小。所谓编码，就是用二进制代码来表示量化后的结果。由于模拟信号是连续的，那么它不一定能被Δ整除，因此量化过程不可避免地会引入误差，这种误差称为量化误差。当输入的模拟电压信号在正、负范围内变化时，一般要求采用二进制补码的形式编码。经过量化和编码后，原来连续变化的模拟信号就变成了断续变化的数字信号了。*§8.3A/D转换器

8.3.1A/D转换器的工作原理和转换电路1.A/D转换器的基本原理（2）量化与编码数字信号不仅在时间上是离散的，而且数值大小的变化也是不连续的。也就是说，A/D转换器输出的任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。因此在A/D转换过程中，必须把采样—保持的电压化成某个最小单位的整数倍，这个过程称为量化，所取的最小单位叫做量化单位，用Δ表示，其大小等于输出的数字信号最低有效位1所代表的数量大小。所谓编码，就是用二进制代码来表示量化后的结果。由于模拟信号是连续的，那么它不一定能被Δ整除，因此量化过程不可避免地会引入误差，这种误差称为量化误差。当输入的模拟电压信号在正、负范围内变化时，一般要求采用二进制补码的形式编码。经过量化和编码后，原来连续变化的模拟信号就变成了断续变化的数字信号了。*§8.3A/D转换器

8.3.1A/D转换器的工作原理和转换电路2.A/D转换电路（1）并联比较型A/D转换器并联比较型A/D转换器转换速度快，故又称高速A/D转换器。含有寄存器的A/D转换器兼有取样保持功能，所以它可以不用附加取样保持电路。

*§8.3A/D转换器

8.3.1A/D转换器的工作原理和转换电路2.A/D转换电路（2）逐次逼近型A/D转换器逐次逼近A/D转换器包括n位逐次逼近型A/D转换器。它由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、D/A转换器及电压比较器组成。逐次逼近型A/D转换器的速度较快，其速度主要由数字量的位数和控制电路决定；电路中比较器的灵敏度和D/A转换器的精度将影响转换精度。逐次逼近型A/D转换器是对输入模拟电压进行瞬时采样比较，如果在输入模拟电压上叠加了外界干扰，将会造成转换误差。这种转换器的转换精度高，转换速度快，转换时间固定，应用很广泛，多数A/D转换器的芯片都用这种转换型式。*§8.3A/D转换器

8.3.1A/D转换器的工作原理和转换电路（3）双积分式A/D转换器在干扰严重的场合中，电路为提高A/D转换器的抗干扰能力，常使用积分式A/D转换器。最常用的是双积分A/D转换器。该积分型A/D转换器电路正常工作必须满足以下条件：基准电压源应为直流源；输入信号与基准电压极性相反；时钟脉冲源选用的是具有标准周期TC的时钟源；完成每一次模/数转换前，所有触发器都应是清零状态，并使积分电容C充分放电。*§8.3A/D转换器

8.3.2A/D转换器的主要技术参数衡量A/D转换器工作性能的技术参数主要包括以下四种：1.转换误差——表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上输出的数字量之间的差别。2.分辨率——反映了A/D转换器对信号的分辨能力。3.转换速度——通常用完成一次A/D转换操作所需时间来表示转换速度。

4.转换时间——指A/D转换器完成一次从模拟量的测量到数字量的转换所需要的时间。它决定了转换速度。*本章小结1.数字电路中，将数字信号转换成模拟信号的装置，称作数模转换器（D/A转换器）或DAC。能将模拟信号转换成数字信号的装置，称作模数转换器（A/D转换器）或ADC。*本章小结2.D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。D/A转换器根据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络D/A转换器和型电阻网络D/A转换器两大类。由于型电阻网络D/A转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成D/A转换器普遍采用这种电路结构。*本章小结3.A/D转换器的功能是将