第九章 数 /模与模 /数转换电路
9.1 D/A转换器
D/A转换器的基本原理
倒 T型电阻网络 D/A转换器
D/A转换器的主要技术指标
9.2 A/D转换器
A/D转换器的基本原理
并行比较型 A/D转换器
逐次比较型 A/D转换器
双积分型 A/D转换器
9.1 D/A转换器
一,D/A转换器的基本原理
对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的
模拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，
从而实现数字 /模拟转换。
D / A 转换器
D
D
D
0
1
n- 1
.
.
.
v o
输入
输出
0
1
2
3
4
5
6
7
0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
v o /V
D0 0 0
二,倒 T形电阻网络 D/A转换器（ 4位）
所以, 无论 Si处于何种位置, 与 Si相连的 2R电阻均接, 地, （ 地或虚地 ） 。
图中 S0～ S3为模拟开关, 由输入数码 Di控制,
当 Di=1时, Si接运算放大器反相输入端 （ 虚地 ）, 电流 Ii流入求和电路；
当 Di=0时, Si将电阻 2R接地 。
D D D D
( L S B )
( M S B )
S S
S S
0
0
1
1
2
2
3
3
R
+
A v o
i
Σ
f
16 8
2R2R
+V
2R
R
I
4
R
4
I
R E F
I
8
II
2R 2R
I
R
II I
16
2
2
基准电流, I=VREF/R，
流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2,I/4,I/8,I/16。
将输入数字量扩展到 n位, 则有：
可简写为,vO=－ KNB
)2(2 3
0
4
i
i
i
R E F D
R
V ?
?? ??
输 出 电 压,
fRiv ???O )2(
2
3
0
4
i
i
i
R E Ff DV
R
R ???? ?
?
)]2([2
1
0
O
i
n
i
in
REFf DV
R
Rv ???? ??
?
)2222( 13223140 DDDDRVi R E F ?????总电流：
n
R E Ff V
R
RK
2??
其中：
分析计算：
EWB演示 —— D/A转换器
三, 权电流型 D/A转换器
为进一步提高 D/A转换器的转换精度, 可采用权电流型 D/A转换器 。
图示为一 4位权电流 D/A转换器原理电路 。 这组恒流源从高位到
低位电流的大小依次为 I/2,I/4,I/8,I/16。
D D D
(L S B ) (M S B )
S S
S S
0
0
1
1
2
2
3
3
R
+
A v o
i
Σ
f
I
2
4
I
8
I
16
I
V R E F
D
四, D/A转换器应用举例
DAC0808是 8位权电流
型 D/A转换器, 其中
D0～ D7是数字量输入
端 。
使用 时, 需要外接运
算放大器和产生基准
电流用的电阻 R1。
当 VREF=10V、
R1=5kΩ,
Rf=5kΩ 时,
输出电压为：
??
??
????
7
0
8
7
01
8O 22
102
2 i
i
i
i
i
i
R E Ff DD
R
VRv
5
6
7
8
9
10
11
12
D
D
D
D
D
D
D
D
0
1
2
3
4
5
6
7
v
O
+
5k Ω
5k Ω
5k Ω
R E F
V
0,01 μ F
13
CC
V = + 5V
EE
V
= -1 5V
A
数字量输入
模拟量输出
D A C0 808
（ L S B ）
（ M S B ）
14
15
2
4
16
3
R f
1R
DAC0808 D/A转换器输出与输入的关系 （ 设 VREF=10V）
1.转换精度
五, D/A转换器的主要技术指标
（ 2） 转换误差 —— 比例系数误差, 失调误差, 非线性误差 。
此外, 也可用 D/A转换器的最小输出电压 (数字量,00000001)与最大输
出电压 (数字量：全 1） 之比来表示分辨率, N位 D/A转换器的分辨率可表示
为 1/（ 2n-1） 。
2.转换速度
3,温度系数 —— 在输入不变的情况下, 输出模拟电压随温度变化产生的变化量 。
一般用满刻度输出条件下温度每升高 1℃, 输出电压变化的百分数作为温度系数 。
（ 2） 转换速率 （ SR） —— 在大信号工作状态下模拟电压的变化率 。
（ 1） 分辨率 —— D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数 。
输入数字量位数越多, 分辨率越高 。 所以, 在实际应用中, 常用数字量的位
数表示 D/A转换器的分辨率 。
（ 1） 建立时间 （ tset） —— 当输入的数字量发生变化时, 输出电压变化到相应稳定
电压值所需时间 。 最短可达 0.1μ S。
vO= - KNB 最小 vO= - KNB = - K× 1
最大 vO= - KNB = - K× (2n-1))2(
1
0
B
in
i
iDN ?? ?
?
?
9.2 A/D转换器
一, A/D转换的一般步骤
由于 输入的模拟信号在时间上是连续量, 所以一般的 A/D转换过程为：
取样, 保持, 量化和编码 。
CP
S
S
ADC
取样保持电路
A D C 的
量化编码电路
.
.
.
D
D
D
n - 1
1
0
v
I（ t ）
v
I（ t ）
输入模拟电压
取样展宽信号
数字量输出（n 位）
o
ov
t
Iv
二, 取样 — 保持电路
电路组成及工作原理 （ 取 Ri=Rf）,
当 vL为高电平时, T导通, vI经 Ri和 T向电容 Ch充电 。 vO=－ vI=vC。
当 vL返回低电平后, T截止 。 Ch无放电回路, 所以 vO的数值可被保存下来 。
R
R
I
v
L
v
T
A
C h
v
o
f
i t
v I
o
o
Lv
t
0
1
t
vI
00
11
01
10
vI
t
基本原理：
三, 并行比较型 A/D转换器
3位并行比较型 A/D转换器
C
C
C
C
C
C
C
4
C
C
C
C
O4
C
C
C
R
R
R
R
R
R
R
R / 2
V
R E F
V
R E F
R E F
V
V
R E F
V
R E F
15
15
15
15
13
11
3
1
D
Q
Q
C1
1D
1D
码
Q
D
(M S B )
编
1D
Q
先
2
Q
Q
Q
1D
1D
优
C1
器
C1
1D
0
1D (L S B )
C1
1
C1
C1
C1
D
I
CP
v
电压比较器 寄存器 代码转换器
O7
O1
O2
O6
O5
O3
1
7
6
2
5
3
1
2
3
4
5
6
7
I
I
I
I
I
I
I
7
6
5
4
3
2
1
并行比较型 A/D转换器真值表
输入模拟电压 寄存器状态 数字量输出
D2 D1 D0Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1
（ 0～ 1/15） VREF
（ 1/15 ～ 3/15） VREF
（ 3/15 ～ 5/15） VREF
（ 5/15 ～ 7/15） VREF
（ 7/15 ～ 9/15） VREF
（ 9/15 ～ 11/15） VREF
（ 11/15 ～ 13/15） VREF
（ 13/15 ～ 1） VREF
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 1 1
0 0 0 0 1 1 1
0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
输 入 输 出
EI I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 A2 A1 A0 GS EO
1 × × × × × × × × 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
0 × × × × × × × 0 0 0 0 0 1
0 × × × × × × 0 1 0 0 1 0 1
0 × × × × × 0 1 1 0 1 0 0 1
0 × × × × 0 1 1 1 0 1 1 0 1
0 × × × 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1
0 × × 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1
0 × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1
P96
集成优先编码器 —— 74148（ 8线 -3线）
二,逐次比较型 A/D转换器
1,转换原理：
G≈d3g3+ d2g2+ d1g1+ d0g0 di 1 有效0 无效
有效砝码的总重量逐次逼近重物的重量：
2,转换框图：
v IR E FV ＜169 V R E F10＜ 16设：
v
I
C
v
D / A 转换器
移位寄存器
数据寄存器
R E F
V
O
v
控制
逻辑
模拟量
0D 1D 2D D 3
Q QQ 2Q 1 30
31 Q0 Q 2Q Q
v IR E FV ＜169 V R E F10＜ 16设：
3,逻辑电路
R
S
Q
C 1
R
S
Q
C 1
1D
S
1
R
C
Q 1D
S
1
R
C
Q 1D
S
1
R
C
Q 1D1
2 3 4
0
1D
R
QQQQQ ABCDE
S
CP
ABCDEF
移位寄存器
D D D D1 2 3
转换器D / A V
FF FF FF FF FF
0 1 2
3 4
数据
寄存器
D
D
D
D
3
2
1
0
0
&
CP
Q 5
启动脉冲
+ 5V + 5V
+ 5V
C 1
R E F
（ M S B ）
（ L S B ）
v
I
v
O
v
C
1G
G
1
2
FF 5
1
0 1
1
11
11 0
1000
0
REF16
8 V
1
1
1 1
REF16
12
0
0
1
0
1
0
0
1111 1
10
1
01 0
)2(2' 3
04
O
i
i
iREF D
Vv ?? ?
?
101
0
0
五, 双积分型 A/D转换器
它由积分器, 过零比较器 （ C）, 时钟脉冲控制门 （ G） 和定时
器, 计数器 （ FF0～ FFn） 等几部分组成 。 C
1
nFF
R
1J
1K
C 1
n- 1FF
R
1J
1K
C 1
1FF
R
1J
1K
C 1
0
FF
R
1J
1K
1 1 1 1
A
C
R C
v
O
v
C
T C
S 2
n 级计数器
D D Dn- 1
1
0
.,,
（ M S B ） （ L S B ）
数字量输出
Q n- 1 Q
1
Q
0Q n
CR
+
A
1
I
S
V
v
R E F
S
V
B
1
CP
&
v
G
T
λ
2T
2
p
t
v
1
1
T
（ 2）第一次积分阶段
工作原理：
（ 1）准备阶段
计数器清零，
积分电容放电，
vO=0V。
t=0时，开关 S1与 A端
接通，输入电压 vI加到
积分器的输入端。积分
器从 0开始积分：
??? t dtvv 0 IO 1?
v
G
(b)
(e )
t
t
v
(d)
(a )
t
o
n
t
v
(c )
v
s1
Q
0
t
c
0
0
0
0
RE FV
v
I+
T 1
由于 vO<0V,过零比较器输出 vC=1,控制门 G打开 。 计数器从 0开始计数 。
t=T1=2nTC
经过 2n个时钟脉冲后, 触发器 FF0～ FFn－ 1都翻转到 0态, 而 Qn=1,开关
S1由 A点转到 B点, 第一次积分结束 。 第一次积分时间为：
（ 3） 第二次积分阶段
第一次积分结束时, 积分器的输出电压 VP为：
当 t=t1时, S1转接到 B点, 基准电压－ VREF加到积分器的输入端；积分器
开始反向积分 。
当 t=t2时，积分器输出电压 vO>0V，比较器输出 vC=0，控制门 G被关
闭，计数停止。
I
C
I
1
P
2 VTVTV n
?? ????
dtVVtv tt )(1)( 2
1
R E FP2O ? ??? ?
同时, N级计数器又从 0开始计数 。
在此阶段结束时 vO的表达式可写为：
设 T2=t2－ t1，于是有：
设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为 λ,则：
可见,T2与 VI成正比,T2就是双积分 A/D转换过程的中间变量。
上式表明，计数器中所计得的数 λ （ λ=Qn-1…Q 1Q0），与在取样时间 T1内输
入电压的平均值 VI成正比。只要 VI<VREF，转换器就能将输入电压转换为数
字量。
0)(1)( 2
1 R E FP2O
???? ? dtVVtv tt?
I2R E F
2 VTTV Cn
?? ?
T2=λTC
I
R E F
C
2
2 V
V
TT n?
I
R E FC
2 2 V
VT
T n???
六, A/D转换器的主要技术指标
（ 1） 分辨率 —— 说明 A/D转换器对输入信号的分辨能力 。
一般以输出二进制 （ 或十进制 ） 数的位数表示 。 因为, 在最大输入电
压一定时, 输出位数愈多, 量化单位愈小, 分辨率愈高 。
1,转换精度
例如, 相对误差 ≤ ± LSB/2,就表明实际输出的数字量和理论上应得
到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字 。
（ 2） 转换误差 —— 它表示 A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输
出数字量之间的差别 。 常用最低有效位的倍数表示 。
2,转换时间 —— 指从转换控制信号到来开始, 到输出端得到稳定的
数字信号所经过的时间 。
并行比较 A/D转换器转换速度最高；逐次比较型 A/D转换器次之；间接 A/D
转换器的速度最慢 。
本章小结
1,A/D和 D/A转换器是现代数字系统的重要部件, 应用日益广泛 。
5,A/D转换器和 D/A转换器的主要技术参数是转换精度和转换速度, 在与
系统连接后, 转换器的这两项指标决定了系统的精度与速度 。 目前,
A/D与 D/A转换器的发展趋势是高速度, 高分辨率及易于与微型计算机
接口, 用以满足各个应用领域对信号处理的要求 。
2,倒 T型电阻网络 D/A转换器中电阻网络阻值仅有 R和 2R两种, 各 2R支路
电流 Ii与 Di数码状态无关, 是一定值 。 由于支路电流流向运放反相端
时不存在传输时间, 因而具有较高的转换速度 。
3,在权电流型 D/A转换器中, 由于恒流源电路和高速模拟开关的运用使
其具有精度高, 转换快的优点, 双极型单片集成 D/A转换器多采用此
种类型电路 。
4,不同的 A/D转换方式具有各自的特点, 并行 A/D转换器速度高；双积分
A/D转换器精度高；逐次比较型 A/D转换器在一定程度上兼有以上两种
转换器的优点, 因此得到普遍应用 。
9.1 D/A转换器
D/A转换器的基本原理
倒 T型电阻网络 D/A转换器
D/A转换器的主要技术指标
9.2 A/D转换器
A/D转换器的基本原理
并行比较型 A/D转换器
逐次比较型 A/D转换器
双积分型 A/D转换器
9.1 D/A转换器
一,D/A转换器的基本原理
对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的
模拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，
从而实现数字 /模拟转换。
D / A 转换器
D
D
D
0
1
n- 1
.
.
.
v o
输入
输出
0
1
2
3
4
5
6
7
0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
v o /V
D0 0 0
二,倒 T形电阻网络 D/A转换器（ 4位）
所以, 无论 Si处于何种位置, 与 Si相连的 2R电阻均接, 地, （ 地或虚地 ） 。
图中 S0～ S3为模拟开关, 由输入数码 Di控制,
当 Di=1时, Si接运算放大器反相输入端 （ 虚地 ）, 电流 Ii流入求和电路；
当 Di=0时, Si将电阻 2R接地 。
D D D D
( L S B )
( M S B )
S S
S S
0
0
1
1
2
2
3
3
R
+
A v o
i
Σ
f
16 8
2R2R
+V
2R
R
I
4
R
4
I
R E F
I
8
II
2R 2R
I
R
II I
16
2
2
基准电流, I=VREF/R，
流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2,I/4,I/8,I/16。
将输入数字量扩展到 n位, 则有：
可简写为,vO=－ KNB
)2(2 3
0
4
i
i
i
R E F D
R
V ?
?? ??
输 出 电 压,
fRiv ???O )2(
2
3
0
4
i
i
i
R E Ff DV
R
R ???? ?
?
)]2([2
1
0
O
i
n
i
in
REFf DV
R
Rv ???? ??
?
)2222( 13223140 DDDDRVi R E F ?????总电流：
n
R E Ff V
R
RK
2??
其中：
分析计算：
EWB演示 —— D/A转换器
三, 权电流型 D/A转换器
为进一步提高 D/A转换器的转换精度, 可采用权电流型 D/A转换器 。
图示为一 4位权电流 D/A转换器原理电路 。 这组恒流源从高位到
低位电流的大小依次为 I/2,I/4,I/8,I/16。
D D D
(L S B ) (M S B )
S S
S S
0
0
1
1
2
2
3
3
R
+
A v o
i
Σ
f
I
2
4
I
8
I
16
I
V R E F
D
四, D/A转换器应用举例
DAC0808是 8位权电流
型 D/A转换器, 其中
D0～ D7是数字量输入
端 。
使用 时, 需要外接运
算放大器和产生基准
电流用的电阻 R1。
当 VREF=10V、
R1=5kΩ,
Rf=5kΩ 时,
输出电压为：
??
??
????
7
0
8
7
01
8O 22
102
2 i
i
i
i
i
i
R E Ff DD
R
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11
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D
D
D
D
D
D
D
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1
2
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7
v
O
+
5k Ω
5k Ω
5k Ω
R E F
V
0,01 μ F
13
CC
V = + 5V
EE
V
= -1 5V
A
数字量输入
模拟量输出
D A C0 808
（ L S B ）
（ M S B ）
14
15
2
4
16
3
R f
1R
DAC0808 D/A转换器输出与输入的关系 （ 设 VREF=10V）
1.转换精度
五, D/A转换器的主要技术指标
（ 2） 转换误差 —— 比例系数误差, 失调误差, 非线性误差 。
此外, 也可用 D/A转换器的最小输出电压 (数字量,00000001)与最大输
出电压 (数字量：全 1） 之比来表示分辨率, N位 D/A转换器的分辨率可表示
为 1/（ 2n-1） 。
2.转换速度
3,温度系数 —— 在输入不变的情况下, 输出模拟电压随温度变化产生的变化量 。
一般用满刻度输出条件下温度每升高 1℃, 输出电压变化的百分数作为温度系数 。
（ 2） 转换速率 （ SR） —— 在大信号工作状态下模拟电压的变化率 。
（ 1） 分辨率 —— D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数 。
输入数字量位数越多, 分辨率越高 。 所以, 在实际应用中, 常用数字量的位
数表示 D/A转换器的分辨率 。
（ 1） 建立时间 （ tset） —— 当输入的数字量发生变化时, 输出电压变化到相应稳定
电压值所需时间 。 最短可达 0.1μ S。
vO= - KNB 最小 vO= - KNB = - K× 1
最大 vO= - KNB = - K× (2n-1))2(
1
0
B
in
i
iDN ?? ?
?
?
9.2 A/D转换器
一, A/D转换的一般步骤
由于 输入的模拟信号在时间上是连续量, 所以一般的 A/D转换过程为：
取样, 保持, 量化和编码 。
CP
S
S
ADC
取样保持电路
A D C 的
量化编码电路
.
.
.
D
D
D
n - 1
1
0
v
I（ t ）
v
I（ t ）
输入模拟电压
取样展宽信号
数字量输出（n 位）
o
ov
t
Iv
二, 取样 — 保持电路
电路组成及工作原理 （ 取 Ri=Rf）,
当 vL为高电平时, T导通, vI经 Ri和 T向电容 Ch充电 。 vO=－ vI=vC。
当 vL返回低电平后, T截止 。 Ch无放电回路, 所以 vO的数值可被保存下来 。
R
R
I
v
L
v
T
A
C h
v
o
f
i t
v I
o
o
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t
0
1
t
vI
00
11
01
10
vI
t
基本原理：
三, 并行比较型 A/D转换器
3位并行比较型 A/D转换器
C
C
C
C
C
C
C
4
C
C
C
C
O4
C
C
C
R
R
R
R
R
R
R
R / 2
V
R E F
V
R E F
R E F
V
V
R E F
V
R E F
15
15
15
15
13
11
3
1
D
Q
Q
C1
1D
1D
码
Q
D
(M S B )
编
1D
Q
先
2
Q
Q
Q
1D
1D
优
C1
器
C1
1D
0
1D (L S B )
C1
1
C1
C1
C1
D
I
CP
v
电压比较器 寄存器 代码转换器
O7
O1
O2
O6
O5
O3
1
7
6
2
5
3
1
2
3
4
5
6
7
I
I
I
I
I
I
I
7
6
5
4
3
2
1
并行比较型 A/D转换器真值表
输入模拟电压 寄存器状态 数字量输出
D2 D1 D0Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1
（ 0～ 1/15） VREF
（ 1/15 ～ 3/15） VREF
（ 3/15 ～ 5/15） VREF
（ 5/15 ～ 7/15） VREF
（ 7/15 ～ 9/15） VREF
（ 9/15 ～ 11/15） VREF
（ 11/15 ～ 13/15） VREF
（ 13/15 ～ 1） VREF
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 1 1
0 0 0 0 1 1 1
0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
输 入 输 出
EI I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 A2 A1 A0 GS EO
1 × × × × × × × × 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
0 × × × × × × × 0 0 0 0 0 1
0 × × × × × × 0 1 0 0 1 0 1
0 × × × × × 0 1 1 0 1 0 0 1
0 × × × × 0 1 1 1 0 1 1 0 1
0 × × × 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1
0 × × 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1
0 × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1
P96
集成优先编码器 —— 74148（ 8线 -3线）
二,逐次比较型 A/D转换器
1,转换原理：
G≈d3g3+ d2g2+ d1g1+ d0g0 di 1 有效0 无效
有效砝码的总重量逐次逼近重物的重量：
2,转换框图：
v IR E FV ＜169 V R E F10＜ 16设：
v
I
C
v
D / A 转换器
移位寄存器
数据寄存器
R E F
V
O
v
控制
逻辑
模拟量
0D 1D 2D D 3
Q QQ 2Q 1 30
31 Q0 Q 2Q Q
v IR E FV ＜169 V R E F10＜ 16设：
3,逻辑电路
R
S
Q
C 1
R
S
Q
C 1
1D
S
1
R
C
Q 1D
S
1
R
C
Q 1D
S
1
R
C
Q 1D1
2 3 4
0
1D
R
QQQQQ ABCDE
S
CP
ABCDEF
移位寄存器
D D D D1 2 3
转换器D / A V
FF FF FF FF FF
0 1 2
3 4
数据
寄存器
D
D
D
D
3
2
1
0
0
&
CP
Q 5
启动脉冲
+ 5V + 5V
+ 5V
C 1
R E F
（ M S B ）
（ L S B ）
v
I
v
O
v
C
1G
G
1
2
FF 5
1
0 1
1
11
11 0
1000
0
REF16
8 V
1
1
1 1
REF16
12
0
0
1
0
1
0
0
1111 1
10
1
01 0
)2(2' 3
04
O
i
i
iREF D
Vv ?? ?
?
101
0
0
五, 双积分型 A/D转换器
它由积分器, 过零比较器 （ C）, 时钟脉冲控制门 （ G） 和定时
器, 计数器 （ FF0～ FFn） 等几部分组成 。 C
1
nFF
R
1J
1K
C 1
n- 1FF
R
1J
1K
C 1
1FF
R
1J
1K
C 1
0
FF
R
1J
1K
1 1 1 1
A
C
R C
v
O
v
C
T C
S 2
n 级计数器
D D Dn- 1
1
0
.,,
（ M S B ） （ L S B ）
数字量输出
Q n- 1 Q
1
Q
0Q n
CR
+
A
1
I
S
V
v
R E F
S
V
B
1
CP
&
v
G
T
λ
2T
2
p
t
v
1
1
T
（ 2）第一次积分阶段
工作原理：
（ 1）准备阶段
计数器清零，
积分电容放电，
vO=0V。
t=0时，开关 S1与 A端
接通，输入电压 vI加到
积分器的输入端。积分
器从 0开始积分：
??? t dtvv 0 IO 1?
v
G
(b)
(e )
t
t
v
(d)
(a )
t
o
n
t
v
(c )
v
s1
Q
0
t
c
0
0
0
0
RE FV
v
I+
T 1
由于 vO<0V,过零比较器输出 vC=1,控制门 G打开 。 计数器从 0开始计数 。
t=T1=2nTC
经过 2n个时钟脉冲后, 触发器 FF0～ FFn－ 1都翻转到 0态, 而 Qn=1,开关
S1由 A点转到 B点, 第一次积分结束 。 第一次积分时间为：
（ 3） 第二次积分阶段
第一次积分结束时, 积分器的输出电压 VP为：
当 t=t1时, S1转接到 B点, 基准电压－ VREF加到积分器的输入端；积分器
开始反向积分 。
当 t=t2时，积分器输出电压 vO>0V，比较器输出 vC=0，控制门 G被关
闭，计数停止。
I
C
I
1
P
2 VTVTV n
?? ????
dtVVtv tt )(1)( 2
1
R E FP2O ? ??? ?
同时, N级计数器又从 0开始计数 。
在此阶段结束时 vO的表达式可写为：
设 T2=t2－ t1，于是有：
设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为 λ,则：
可见,T2与 VI成正比,T2就是双积分 A/D转换过程的中间变量。
上式表明，计数器中所计得的数 λ （ λ=Qn-1…Q 1Q0），与在取样时间 T1内输
入电压的平均值 VI成正比。只要 VI<VREF，转换器就能将输入电压转换为数
字量。
0)(1)( 2
1 R E FP2O
???? ? dtVVtv tt?
I2R E F
2 VTTV Cn
?? ?
T2=λTC
I
R E F
C
2
2 V
V
TT n?
I
R E FC
2 2 V
VT
T n???
六, A/D转换器的主要技术指标
（ 1） 分辨率 —— 说明 A/D转换器对输入信号的分辨能力 。
一般以输出二进制 （ 或十进制 ） 数的位数表示 。 因为, 在最大输入电
压一定时, 输出位数愈多, 量化单位愈小, 分辨率愈高 。
1,转换精度
例如, 相对误差 ≤ ± LSB/2,就表明实际输出的数字量和理论上应得
到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字 。
（ 2） 转换误差 —— 它表示 A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输
出数字量之间的差别 。 常用最低有效位的倍数表示 。
2,转换时间 —— 指从转换控制信号到来开始, 到输出端得到稳定的
数字信号所经过的时间 。
并行比较 A/D转换器转换速度最高；逐次比较型 A/D转换器次之；间接 A/D
转换器的速度最慢 。
本章小结
1,A/D和 D/A转换器是现代数字系统的重要部件, 应用日益广泛 。
5,A/D转换器和 D/A转换器的主要技术参数是转换精度和转换速度, 在与
系统连接后, 转换器的这两项指标决定了系统的精度与速度 。 目前,
A/D与 D/A转换器的发展趋势是高速度, 高分辨率及易于与微型计算机
接口, 用以满足各个应用领域对信号处理的要求 。
2,倒 T型电阻网络 D/A转换器中电阻网络阻值仅有 R和 2R两种, 各 2R支路
电流 Ii与 Di数码状态无关, 是一定值 。 由于支路电流流向运放反相端
时不存在传输时间, 因而具有较高的转换速度 。
3,在权电流型 D/A转换器中, 由于恒流源电路和高速模拟开关的运用使
其具有精度高, 转换快的优点, 双极型单片集成 D/A转换器多采用此
种类型电路 。
4,不同的 A/D转换方式具有各自的特点, 并行 A/D转换器速度高；双积分
A/D转换器精度高；逐次比较型 A/D转换器在一定程度上兼有以上两种
转换器的优点, 因此得到普遍应用 。
