模拟量转换成数字量的过程被称为模数转换，简称A/D(Analog to Digital)转换；完成模数转换的电路被称为 A/D 转换器，简称 ADC(Analog to Digital Converter)。 数字量转换成模拟量的过程称为数模转换， 简称 D/A(Digital to Analog)转换；完成数模转换的电路称为D/A转换器，简称DAC(Digital to Analog Converter)。模拟信号由传感器转换为电信号，经放大送入 AD 转换器转换为数字量，由数字电路进行处理，再由 DA转换器还原为模拟量，去驱动执行部件。为了保证数据处理结果的准确性， AD转换器和DA转换器必须有足够的转换精度。同时，为了适应快速过程的控制和检测的需要，AD转换器和 DA转换器还必须有足够快的转换速度。因此，转换精度和转换速度乃是衡量 AD转换器和 DA转换器性能优劣的主要标志。

模数转换过程包括量化和编码。量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。最普通的码制是二进制，它有2的n次方个量级（n为位数）,可依次逐个编号。模数转换的方法很多，从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。 直接法是直接将电压转换成数字量。它用数模网络输出的一套基准电压，从高位起逐位与被测电压反复比较，直到二者达到或接近平衡（见图）。控制逻辑能实现对分搜索的控制，其比较方法如同天平称重。先使二进位制数的最高位Dn-1=1，经数模转换后得到一个整个量程一半的模拟电压VS，与输入电压Vin相比较，若Vin>VS,则保留这一位；若Vin<Vs，则Dn-1=0。然后使下一位Dn-2=1,与上一次的结果一起经数模转换后与Vin相比较,重复这一过程，直到使D0=1，再与Vin相比较,由Vin>VS还是Vin<V来决定是否保留这一位。经过n次比较后，n位寄存器的状态即为转换后的数据。这种直接逐位比较型（又称反馈比较型）转换器是一种高速的数模转换电路，转换精度很高，但对干扰的抑制能力较差，常用提高数据放大器性能的方法来弥补。它在计算机接口电路中用得最普遍。

间接法不将电压直接转换成数字，而是首先转换成某一中间量,再由中间量转换成数字。常用的有电压-时间间隔(V/T)型和电压-频率(V/F)型两种，其中电压-时间间隔型中的双斜率法（又称双积分法）用得较为普遍。

模数转换器的选用具体取决于输入电平、输出形式、控制性质以及需要的速度、分辨率和精度。

用半导体分立元件制成的模数转换器常常采用单元结构，随着大规模集成电路技术的发展，模数转换器体积逐渐缩小为一块模板、一块集成电路。

      模数转换器，是把经过与标准量（或参考量）比较处理后的模拟量转换成以二进制数值表示的离散信号的转换器，简称ADC或 A/D转换器。

模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。

第一章 基础知识

· 1.1 概述

· 1.2 模数转换的转换过程和转换关系式

· 1.3 二进制数和二进制编码

· 1.4 常用术语和主要技术指标

· 1.5 模数转换器的分类

· 1.6 模数转换器的发展趋势

第二章 模数转换器的工作原理

· 2.1 逐次逼近型模数转换器

· 2.2 积分型模数转换器

· 2.3 跟踪计数型模数转换器

· 2.4 ∑-△型模数转换器

第三章 高速模数转换器的应用基础

· 3.1 采样、量化理论基础

· 3.2 高速模数转换器的主要动态性能指标

· 3.3 高速模数转换器的欠采样应用基础

· 3.4 抗混叠滤波器与高速模数转换器的动态范围

· 3.5 高速模数转换器的结构和工作原理

· 3.6 高速模数转换器外围电路和接口设计

· 3.7 高速模数转换器的信号输入方式

· 3.8 高速模数转换器的应用

第四章 典型集成模数转换器及其应用

· 4.1 逐次逼近型模数转换器

· 4.2 并行比较型ADC

· 4.3 分级型模数转换器

· 4.4 ∑-△模数转换器

· 4.5 模数转换子系统

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第五章 压频转换器(VFC)和频压转换器(FVC)工作原理及应用

· 5.1 概述

· 5.2 压频和频压转换的工作原理

· 5.3 典型集成压频和频压转换器

· 5.4 压频和频压转换器的应用

第六章 模数转换器应用指南

· 6.1 模数转换器的应用领域

· 6.2 模数转换器的选用

· 6.3 模数转换器应用电路的设计要点

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附录 ADI公司模数转换器索引

参考文献

北京市英赛尔器件集团简介

美国模拟器件公司简介

线性度是模数转换器非常重要的静态性能指标 ,级间增益误差对系统的积分非线性有很恶劣的影响 ,然而在以往的分析中并没有引起足够重视  .

( 1) 对于前端采样保持电路 ,增益 G 0 代表了最终模数转换曲线的斜率 ,理想情况 G 0= 1,系统量化误差限制在± 0. 5 LSB以内 .若 G 0≠ 1,则量化误差显著增加。前端采样保持的增益 G0 决定了整个模数转换器的增益 .当 G0 < 1时 ,转换器的数字输出减少 ,等效的输入阈值电压增加 .由于输入的范围不变 ,因此转换器的动态范围下降 .当 G0> 1时 ,数字输出提前饱和 ,使有效的输入范围下降 .由于等效的输入阈值电压也相应减小 ,因此转换器的动态范围没有变化 .差分非线性 ( DN L)与积分非线性 ( IN L)的计算是去掉过载的数字输出之后 ,以转换曲线两端点的连线作为参考 ,并且以 LSB作为计算单位 G0的取值并不影响系统的非线性误差  .

( 2) 与前端采样保持增益G0 不同 ,流水线级间增益Gi 的误差会产生另外一种影响 .理想情况下 G i= 2,由于运放增益及电容比值的影响 ,实际的 Gi 并不是严格等于 2倍 .假定只有被观察的 Gi 是非理想的 .图 4( a)~ (c)为最终的归一化数字输出 ,对于量化误差来说 ,由于级间增益 Gi 接近 2,各级的量化误差换算到原始输入端减少了 CGi 倍 ,随着 i 的增大 ,Gi 对系统量化信噪比 QSN R的影响逐级减小 .同样道理 , G i 对系统动态范围的影响也是逐级减小的 . Gi 对 DNL、 IN L是有影响的 ,当后级增益大于前级增益时 ,系统不可避免地出现了非单调的特性 ,即随着输入的增加 ,系统输出会出现下降的情况 .任一非理想的 Gi 将模数转换曲线分成斜率为 Gi 的 2i+ 1 - 1段 ,各段曲线沿斜率为 Gi- 1的2i - 1段曲线分布 .在各段曲线交界处 DN L变化较大 ,而 INL也累积较大 .可见 ,无论是前端采样保持增益还是级间增益 ,都从不同方面影响转换器的线性度 .图 5给出了 14bit转换器在每级增益误差小于 0. 1 % 情况下的非线性情 况 , DN L= + 1. 28 /- 0. 74 LSB, IN L= + 3. 76 /- 4. 00 LSB,由于级间增益误差造成的 DN L尖峰  .

本书从现代电子技术应用角度出发，系统地介绍了模数转换器的基础知识、工作原理和应用技术，并选编了20多种具有代表性的集成模数转换器的详细技术资料。本书在对模数转换领域的有关技术作出全面和完整介绍的基础上，着重介绍了近年来发展迅速的新型模数转换技术和器件等。