浅谈数字电路中的数模（DAC）/模数（ADC）转换器

前言：

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由于数字电路抗干扰优于模拟电路；电路结构简单；控制精度高且准确；同时易于开发和实现；成本低廉；使用方便等特点。所以数字电路在现今许多数字电路电子产品中，如家电、航空、交通、通信、医疗、自动化控制（如数控、PLC控制器专用模块、专用工控扳）等领域广泛使用。而在数字电路中，常见到数模（DAC）/模数（ADC）集成转换器电路。

数字电路处理的信号是离散的（断续变化的），但是大量受控终端执行与反馈是模拟量（连续变化的），如温度、压力、流量、速度等。以便于运算与控制，这就需要将数字信号转换成模拟量；模拟量转换成数字信号两种相对应的电路。即数模（DAC）/模数（ADC）转换器。

一， 数模（DAC）转换器

数模（DAC）转换器作用是，将数字电路的输出的数字信号转换成模拟信号的一种集成电路。

它有基准电源、数字寄存器（接收并寄存由处理器发来的二进制代码）、模拟电子开关、权电阻网络、求和运算放大器，以及抗干扰、防温度漂移、增益和失调补偿等组成。

如早期的5G7520数模（DAC）转换器,输入10位；权电阻网络采用倒T形和CMOS开关

分辨率和精度是衡量数模（DAC）转换器最重要指标。

数模（DAC）转换器分辨率：电路所能分辨的最小输出电压增量与满刻度输出电压之比。即分辨率=1 /（2ⁿ-1）

如n=10，分辨率≈1‰，

假设满刻度输出电压为10V，（X9~X0）二进制代码由0000000000变成0000000001。

最小输出电压增量=满刻度输出电压×分辨率=10V×1‰=10mV。换句话说，将10V分成（2ⁿ-1）。因此DAC输入位越多→分辨率越高→最小输出电压增量越小。

数模（DAC）转换器精度：数模（DAC）转换器实际输出电压与理论值之间的误差。

影响的因素有：内部电子元器件的参数的精确度、稳定性、工作环境（如温度，谐波、磁场）等

追求高分辨率，即输入位越多，理论上可行，但实际情况是，当内部电子元器件数量增多，相同的电子元器件的参数等同度、精度就要求越高。这是较难办到的。通常采取分辨率与精度相互协调。一般精度误差应≤½最小输出电压增量。

二， 模数（ADC）转换器

模数（ADC）转换器作用是，将来自外部受控终端的模拟量转换成数字信号的一种集成电路。

ADC有采样电路、保持电路、量化和编码电路等组成，其中量化和编码电路是模数（ADC）转换器核心部分。

采样电路是在周期的采样脉冲控制下，完成来自外部受控终端的模拟量的采样幅值。而保持电路是将采样幅值保持到下一个采样脉冲到来之前。在这段时间内，采样到的幅值经量化和编码电路后，输出n位二进制数字量。

要使ADC输出n位二进制数字量接近于模拟量，即失真度小。采样周期及量化和编码电路处理时间长短；量化时误差（一般有两种方式：舍尾取整数和四舍五入法）；以及电子元器件的参数的精确度、稳定性、工作环境是关键。

量化和编码电路有多种形式，如并行比较型；逐次比较型；双积分型；计数型（跟踪型）。

并行比较型特点：转换速度快，但比较器数量多，对于n位数字量输出需2ⁿ-1个比较器，适用于n≤4。

逐次比较型特点：电路简单只有一个比较器，速度次于并行比较型，精度较高。适用于多位。

双积分型特点：因采用双积分转换，所以速度较慢，转换结果、精度不受积分器的R、C变化而影响。适用于工业仪表。

计数型特点：电路简单，输出的数字量始终跟踪输入模拟量的变化。转换速度最慢（n位需2ⁿ-1时钟周期），为加快速度，采取添加一个可逆计数。

随着电子器件结构性的变化，上述量化和编码电路较慢类型将会得到显著的改善。

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