第十一章 模 / 数转换器与数 / 模转换器计算机系统是一个数字系统、离散系统，而我们生活的外部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够了解外部世界，对外部事物进行处理，就必须有一个将模拟量转换为数字量，将数字量转换为模拟量的接口，这就是常说的 A/D和 D/A。
虽然模拟量是无限可分的、连续的，数字量是离散的，数字量永远也不能精确地描述模拟量，但由于我们对客观世界的了解、描述并不总需要极高的精度，所以选择适当精度的数字量来描述模拟量是完全够用的。
本章将简单介绍 D/A转换器和 A/D转换器的几种主要形式。
第一节 数 / 模转换器（ Digital / Analog Converter）
D/A转换器的作用是将数字量转换为相应的模拟量。
例如：对于 0 ~ 5V的直流电压，计算机用 8位数字量来描述时：最小值（ 00000000） B = 0对应 0V，
最大值（ 11111111） B = 255 对应 5V，
中间值（ 01111111） B = 127 对应 2,5V 等等。
D/A的任务是接收到一个数字量后，给出一个相应的电压。比如收到（ 00111111） B,应给出幅度为 1.25V的电压。
一,D/A转换电路要实现 D/A转换，有很多种电路形式，下面我们介绍几种。
1、权电阻 D/A转换器自然二进制数字每位的权重是不同的（ 2n），对整个数值大小的影响也是不同的。权电阻 D/A 将这种权重的不同，对应成电阻阻值的不同，从而实现数 / 模转换。
电阻种类多，比例严格
2,R-2R T型 D/A转换器 （电阻较多，延迟、尖峰）
前一种方法电阻种类太多，数值还要准确，现在我们介绍的 D/A只需要两种阻值的电阻，制作起来会容易些。
3,R-2R 倒 T型电阻网络 D/A
这是一种常用的 D/A电路，其特点是各支路电流直接流入运放，无延迟，且无论数值如何变化，总电流不变。
没有尖峰电流。 开关接左接右都是接地，支路电流不变 。
二,D/A转换器的主要技术指标转换精度和转换速度是 D/A的两个主要指标。
1,D/A转换器的转换精度关于精度有两个概念：
分辨率,指转换器理论上可以达到的精度。
通常用所用二进制的位数表示，如：
8位,10位,12位等。
也可以用最小非零值与最大值之比表示：
如 10位 D/A的分辨率为：
1 / （ 210-1） = 0.001 即约千分之一。
转换误差,D/A转换器实际能够达到的转换精度。
由于参考电压 VREF的波动、运放的零点漂移、线路上的导通电阻和导通压降、电阻网络的阻值误差，实际的精度要低于分辨率。
转换误差常以最低有效位对应电压值（ LSB）作参考，表示为? 1/2LSB,1LSB,其中 1LSB 表示误差大小与 000.....0001对应的输出值相等。 1/2LSB则为其值的一半。
转换误差也可以用它相当于满度输出值的百分比来表示。 误差值转换误差 = ———————— * 100%
满度输出值误差值 =输入满刻度数字量时的输出 — 理论满度值
2,D/A转换器的转换速度手册中通常给出 建立时间 ts这一指标，它表示在最恶劣情况下（输入从全 0变为全 1，或从全 1变为全 0），输出达到某一接近程度（如 0.2%）所需要的时间。
通常建立时间在 100 ns ~几十?s之间，有的厂家给出的高速 D/A指标可达 1 ns一下，一般 100ns就算转换速度比较快了。
第二节 模 / 数转换器（ A/D）
A/D的作用是将模拟信号转换为相应的数值，在这个过程中，肯定会有损失、
有失真，因为在这一过程中，要经历对时间的离散化 —— 采样、对幅度的离散化 —— 量化。
为了保证采样时输入电压的稳定，有时要用采样保持器（简称采保）。
最后对量化的结果（最小单位的倍数）进行编码 —— 输出数据。
一,A/D转换器电路
A/D转换器从转换方式上,可分为两大类,
间接法 —— 先将模拟输入信号转换成时间 T或频率 F，
然后再将中间量 T或 F转换为数字量。
特点,转换速度慢，精度可以做得较高，抗干扰能力强。例如数字万用表中的 A/D芯片就是双积分型的。
直接法 —— 用输入电压与芯片内部的标准电压比较，
找到与之最接近的标准电压，将标准电压对应的数字量赋予该输入信号。（显然该标准电压是受一个数字量控制的，由片内 D/A产生，书中称 2n个量化级电压。）
特点,转换速度快，精度、抗干扰能力不如间接法。
1,V-T变换型 A/D 转换器（属于间接法）
有一个内部斜波电压发生器
有两个比较器，比较器参考电压分别为 0V和输入信号电压 Vi，由此形成一段与输入幅度成正比的时间间隔。
有一个计数器，对上述时间间隔计数。计数值即为所求。
2、双积分式 A/D转换器（属于积分型）
双积分的意思是指进行了两次积分。第一次是对输入 Vi进行正向积分，对电容充电。第二次积分是对标准电压 VREF反向积分，使电容放电，放光为止。 对反向放电时间计数，它与输入幅度成正比。
双积分型 A/D转换器是常用的 A/D形式。特点是：
转换结果与 RC值、计数时钟的精度基本无关，只要在一次转换时间内保持稳定就行了，降低对电路的要求。
由于是对输入信号积分，求其平均值，所以对尖峰干扰和对称交流干扰有很强的抑制作用。
3,V-F 变换型 A/D转换器（自学）
先将输入信号转换为频率 F，然后再转换为数字量。
4、计数斜坡式 A/D转换器与 V-T变换型 A/D有些类似，但这种方法属于直接法，
是将输入电压与 2n 个量化级电压比较，直接得到数值。
5、逐次逼近型 A/D转换器这种 A/D 的工作方式有点象用天平称重。从最大的砝码开始试起，少再加砝码，多换小些的筹码。
逐次逼近型与前面的计数斜坡型相比，它没有采用大排队式的递增比较，而是采用了从大到小的检索的方式，
因此速度要快得多。
逐次逼近型 A/D设定了一组时序节拍，通过每一拍的比较输出电平，分别置位或清零各个数据位。
第一拍,D/A输入为
1000，满度的一半。
比较输出接 D#的 JK
第二拍,使 D#由 JK
端状态置零或置 1。
使 C#异步置 1,D/A
输入为 X100。
第三拍,使 C#根据其 JK状态置 0置 1。
使 B#异步置 1,D/A
输入为 XX10。
第四拍,输出为
XXX1
第五拍,下降沿置 A#
上升沿置为 4个 D触发
6、并联型 A/D
转换器优点是速度很快，缺点是硬件复杂，精度不高。
任一输入电压加入所有比较器，都会有一个比较结果，
将该结果锁存于 D触发器中。最后用数字电路将不同的输出组合编码。
二,A/D转换器的转换精度和转换速度
A/D转换器的精度和速度的定义与 D/A的相应指标类似。
转换精度也分为分辨率和转换误差，一个是理论上的，一个是实际达到的。分辨率一般用位数表示，误差一般用最低有效位 LSB的倍数表示。
转换速度是指从模拟输入给定后（一般有启动信号指示），到给出转换数据的时间。不同形式的 A/D其转换速度相差很大，双积分型一般在几十毫秒以上；并联型可达到几十纳秒以内。一般的 A/D在几微秒至几十微秒之间。（有时按 0.5微秒以下,100微秒以下,10毫秒以上划分）
第十一章 作业
1、
10、
有关 A/D,D/A的基本知识，形式、区别及技术指标。
虽然模拟量是无限可分的、连续的，数字量是离散的，数字量永远也不能精确地描述模拟量，但由于我们对客观世界的了解、描述并不总需要极高的精度，所以选择适当精度的数字量来描述模拟量是完全够用的。
本章将简单介绍 D/A转换器和 A/D转换器的几种主要形式。
第一节 数 / 模转换器（ Digital / Analog Converter）
D/A转换器的作用是将数字量转换为相应的模拟量。
例如：对于 0 ~ 5V的直流电压，计算机用 8位数字量来描述时：最小值（ 00000000） B = 0对应 0V，
最大值（ 11111111） B = 255 对应 5V，
中间值（ 01111111） B = 127 对应 2,5V 等等。
D/A的任务是接收到一个数字量后，给出一个相应的电压。比如收到（ 00111111） B,应给出幅度为 1.25V的电压。
一,D/A转换电路要实现 D/A转换，有很多种电路形式，下面我们介绍几种。
1、权电阻 D/A转换器自然二进制数字每位的权重是不同的（ 2n），对整个数值大小的影响也是不同的。权电阻 D/A 将这种权重的不同，对应成电阻阻值的不同，从而实现数 / 模转换。
电阻种类多，比例严格
2,R-2R T型 D/A转换器 （电阻较多，延迟、尖峰）
前一种方法电阻种类太多，数值还要准确，现在我们介绍的 D/A只需要两种阻值的电阻，制作起来会容易些。
3,R-2R 倒 T型电阻网络 D/A
这是一种常用的 D/A电路，其特点是各支路电流直接流入运放，无延迟，且无论数值如何变化，总电流不变。
没有尖峰电流。 开关接左接右都是接地，支路电流不变 。
二,D/A转换器的主要技术指标转换精度和转换速度是 D/A的两个主要指标。
1,D/A转换器的转换精度关于精度有两个概念：
分辨率,指转换器理论上可以达到的精度。
通常用所用二进制的位数表示，如：
8位,10位,12位等。
也可以用最小非零值与最大值之比表示：
如 10位 D/A的分辨率为：
1 / （ 210-1） = 0.001 即约千分之一。
转换误差,D/A转换器实际能够达到的转换精度。
由于参考电压 VREF的波动、运放的零点漂移、线路上的导通电阻和导通压降、电阻网络的阻值误差，实际的精度要低于分辨率。
转换误差常以最低有效位对应电压值（ LSB）作参考，表示为? 1/2LSB,1LSB,其中 1LSB 表示误差大小与 000.....0001对应的输出值相等。 1/2LSB则为其值的一半。
转换误差也可以用它相当于满度输出值的百分比来表示。 误差值转换误差 = ———————— * 100%
满度输出值误差值 =输入满刻度数字量时的输出 — 理论满度值
2,D/A转换器的转换速度手册中通常给出 建立时间 ts这一指标，它表示在最恶劣情况下（输入从全 0变为全 1，或从全 1变为全 0），输出达到某一接近程度（如 0.2%）所需要的时间。
通常建立时间在 100 ns ~几十?s之间，有的厂家给出的高速 D/A指标可达 1 ns一下，一般 100ns就算转换速度比较快了。
第二节 模 / 数转换器（ A/D）
A/D的作用是将模拟信号转换为相应的数值，在这个过程中，肯定会有损失、
有失真，因为在这一过程中，要经历对时间的离散化 —— 采样、对幅度的离散化 —— 量化。
为了保证采样时输入电压的稳定，有时要用采样保持器（简称采保）。
最后对量化的结果（最小单位的倍数）进行编码 —— 输出数据。
一,A/D转换器电路
A/D转换器从转换方式上,可分为两大类,
间接法 —— 先将模拟输入信号转换成时间 T或频率 F，
然后再将中间量 T或 F转换为数字量。
特点,转换速度慢，精度可以做得较高，抗干扰能力强。例如数字万用表中的 A/D芯片就是双积分型的。
直接法 —— 用输入电压与芯片内部的标准电压比较，
找到与之最接近的标准电压，将标准电压对应的数字量赋予该输入信号。（显然该标准电压是受一个数字量控制的，由片内 D/A产生，书中称 2n个量化级电压。）
特点,转换速度快，精度、抗干扰能力不如间接法。
1,V-T变换型 A/D 转换器（属于间接法）
有一个内部斜波电压发生器
有两个比较器，比较器参考电压分别为 0V和输入信号电压 Vi，由此形成一段与输入幅度成正比的时间间隔。
有一个计数器，对上述时间间隔计数。计数值即为所求。
2、双积分式 A/D转换器（属于积分型）
双积分的意思是指进行了两次积分。第一次是对输入 Vi进行正向积分，对电容充电。第二次积分是对标准电压 VREF反向积分，使电容放电，放光为止。 对反向放电时间计数，它与输入幅度成正比。
双积分型 A/D转换器是常用的 A/D形式。特点是：
转换结果与 RC值、计数时钟的精度基本无关，只要在一次转换时间内保持稳定就行了，降低对电路的要求。
由于是对输入信号积分，求其平均值，所以对尖峰干扰和对称交流干扰有很强的抑制作用。
3,V-F 变换型 A/D转换器（自学）
先将输入信号转换为频率 F，然后再转换为数字量。
4、计数斜坡式 A/D转换器与 V-T变换型 A/D有些类似，但这种方法属于直接法，
是将输入电压与 2n 个量化级电压比较，直接得到数值。
5、逐次逼近型 A/D转换器这种 A/D 的工作方式有点象用天平称重。从最大的砝码开始试起，少再加砝码，多换小些的筹码。
逐次逼近型与前面的计数斜坡型相比，它没有采用大排队式的递增比较，而是采用了从大到小的检索的方式，
因此速度要快得多。
逐次逼近型 A/D设定了一组时序节拍，通过每一拍的比较输出电平，分别置位或清零各个数据位。
第一拍,D/A输入为
1000，满度的一半。
比较输出接 D#的 JK
第二拍,使 D#由 JK
端状态置零或置 1。
使 C#异步置 1,D/A
输入为 X100。
第三拍,使 C#根据其 JK状态置 0置 1。
使 B#异步置 1,D/A
输入为 XX10。
第四拍,输出为
XXX1
第五拍,下降沿置 A#
上升沿置为 4个 D触发
6、并联型 A/D
转换器优点是速度很快，缺点是硬件复杂，精度不高。
任一输入电压加入所有比较器，都会有一个比较结果，
将该结果锁存于 D触发器中。最后用数字电路将不同的输出组合编码。
二,A/D转换器的转换精度和转换速度
A/D转换器的精度和速度的定义与 D/A的相应指标类似。
转换精度也分为分辨率和转换误差，一个是理论上的，一个是实际达到的。分辨率一般用位数表示，误差一般用最低有效位 LSB的倍数表示。
转换速度是指从模拟输入给定后（一般有启动信号指示），到给出转换数据的时间。不同形式的 A/D其转换速度相差很大，双积分型一般在几十毫秒以上；并联型可达到几十纳秒以内。一般的 A/D在几微秒至几十微秒之间。（有时按 0.5微秒以下,100微秒以下,10毫秒以上划分）
第十一章 作业
1、
10、
有关 A/D,D/A的基本知识，形式、区别及技术指标。
