ADC DAC的分类与指标简介

adcdac的分类与指标简介

1.AD转换器的分类

下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、σ-δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。

1） 整体式（例如tlc7135）

积分型ad工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片ad转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。双积分tlc7135芯片资料

2） 连续比较类型（例如tlc0831）

逐次比较型ad由一个比较器和da转换器通过逐次比较逻辑构成，从msb开始，顺序地对每一位将输入电压与内置da转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。tlc0831芯片资料(德州仪器公司（ti）推出的tlc0831/2是广泛应用的8位a/d转换器。tlc0831是单通道输入；tlc0832是双通道输入，并且可

以软件配置成单端或差分输入。串行输出可以方便的和标准的移位寄存器及微处理器接口)tlc0831可以外接高精度基准以提高转换精度，tlc0832的基准输入在片内与vcc连接。tlc0831/2的操作非常类似tlc0834/8（更多输入通道），为以后升级提供便利。

3） 并联比较型/串并联比较型（如TLC5510）

并行比较型ad采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称flash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频ad转换器等速度特别高的领域。

串并联比较型ad的结构介于并联型和连续比较型之间。最典型的是由两个N/2位并行AD转换器和DA转换器组成。这种转换是通过两次比较来实现的，因此被称为半闪光（半快速）类型。还有三个或更多的步骤来实现广告转换，称为分级

（multistep/subrangling）型ad，而从转换时序角度又可称为流水线

（流水线）广告。现代分级广告还增加了多种转换结果的数字操作和特征校正等功能。这种ad的速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。TLC5510芯片数据（TLC5510是一种CMOS、8位、20msps模数转换器（ADC），采用半闪存结构。单个5V工作电源，功耗仅为100MW（典型值）。它包括采样和保持电路、高阻抗模式的并行接口和内部参考电阻。与闪存转换器相比，半闪存结构降低了功耗和芯片尺寸。通过在两步过程中实现转换，可以大大减少比较器的数量。转换数据的等待时间为2.5个时钟。

内部基准电阻使用vdda可产生标准的2v满度转换范围。为了实现此选项仅需外部

跳线器，这样减小了对外部基准或电阻的需求。差分线性度在25℃温度下为0.5lsb，在整个工作温度范围内的最大值是0.75lsb。用差分增益1％和差分相位为0.7%可以规定动态特性范围。

4） σ-δ∑-δ调制

σ-δ型ad由积分器、比较器、1位da转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。

5） 电容器阵列逐次比较型

电容阵列逐次比较型ad在内置da转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列da转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片ad转换器。最近的逐次比较型ad转换器大多为电容阵列式的。6）压频变换型（如ad650）

电压-频率转换器通过间接转换实现模数转换。其原理是先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。理论上，只要采样时间满足输出频率分辨率所需的累积脉冲数的宽度，这种ad的分辨率几乎可以无限地提高。其优点是分辨率高、功耗低、价格低廉，但需要外部计数电路来完成AD转换。

2.ad转换器的主要技术指标1）分辩率(resolution)指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来

表示。2）转换速率(conversionrate)是指完成一次从模拟转换到数字的ad转换所需的时间的倒数。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。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(samplerate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和msps，表示每秒采样千/百万次（kilo/millionsamplespersecond）。3）量化误差(quantizingerror)由于ad的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率ad的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率ad（理想ad）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。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。

4） 当偏移误差的输入信号为零时，输出信号不为零，可通过外部电位器将其调整到最小值。

5）满刻度误差(fullscaleerror)满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。

6） 线性是实际转换器的传递函数与理想直线之间的最大偏差，不包括上述三个误差。其他指标包括绝对精度、相对精度、微分非线性、单调性和无差错编码、总谐波失真（THD）和积分非线性。

3.da转换器

DA转换器的内部电路组成没有太大差别。一般来说，这取决于输出是电流还是电压，以及是否可以乘以

法运算等进行分类。大多数da转换器由电阻阵列和n个电流开关(或电压开关)构成。按数字输入值切换开关，产生比例于输入的电流(或电压)。此外，也有为了改善精度而把恒流源放入器件内部的。一般说来，由于电流开关的切换误差小，大多采用电流开关型电路，电流开关型电路如果直接输出生成的电流，则为电流输出型da转换器，如果经电流电压?缓笫涑觯?蛭?缪故涑鲂?/font>da转换器。此外，电压开关型电路为直接输出电压型da转换器。

1） 电压输出类型（如tlc5620）

电压输出型da转换器虽有直接从电阻阵列输出电压的，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da转换器使用。

2） 电流输出类型（如ths5661a）

电流输出型da转换器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。用负载电阻进行电流―电压转换的方法，虽可在电流输出引脚上出现电压，但必须在规定的输出电压范围内使用，而且由于输出阻抗高，所以一般外接运算放大器使用。此外，大部分cmosda转换器当输出电压不为零时不能正确动作，所以必须外接运算放大器。当外接运算放大器进行电流电压转换时，则电路构成基本上与内置放大器的电压输出型相同，这时由于在da转换器的电流建立时间上加入了达算放入器的延迟，使响应变慢。此外，这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易起振，有时必须作相

位补偿。3）乘算型（如ad7533）

一些DA转换器使用恒定的参考电压或向参考电压输入端添加交流信号。后者被称为乘法DA转换器，因为它可以获得数字输入和参考电压输入相乘的结果。乘法型DA转换器不仅可以执行乘法，还可以用作数字衰减输入信号的衰减器和调制输入信号的调制器。

4）一位da转换器

位DA转换器与上述转换模式完全不同。它将数字值转换为脉冲宽度调制或频率调制的输出，然后使用数字滤波器进行平均，以获得通用电压输出（也称为比特流模式），用于音频等场合。

4.da转换器的主要技术指标：

1） 分辨率是指最小模拟输出量（仅相应数字量的最低位为“1”）与最大量（相应数字量的所有有效位均为“1”）的比率。

2）建立时间(settingtime)是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需的时间，也可以认为是转换时间。da中常用建立时间来描述其速度，而不是ad中常用的转换速率。一般地，电流输出da建立时间较短，电压输出da则较长。其他指标还有线性度(linearity)，转换精度，温度系数/漂移