模拟量与数字量转换,电子技术

第8章模拟量与数字量转换概述能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。一、D/A转换器的基本原理将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。基本原理第1节

D/A转换器转换特性D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。即：输出模拟电压uo=Ku×D或输出模拟电流io=Ki×D。其中Ku或Ki为电压或电流转换比例系数，D为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为n位二进制数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为：（1）分辨率指分辨最小电压的能力。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。（2）输出电压(电流)的建立时间输入数字量为全0到全1，输出电压达到稳定值所需要的时间。超高速（<100nS);较高速(100nS~1S)；高速(1~10S)；中速(10~100S）；低速（100S）。

（3）转换误差一般用最低有效位为1时输出电压的1/2来表示。失调误差增益误差非线性误差二、D/A转换器的构成不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变的。设RF=R/2输出模拟电压的大小直接与输入二进制数的大小成正比，实现了数字量到模拟量的转换。对于权电阻DAC而言，n位二进制数转换为模拟量：①分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R。②不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。三、集成D/A转换器及其应用DAC0832管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRfbDGNDLCEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC0832简化电路框图八位寄存器(1)输入八位寄存器(2)输入八位变换器－＋＋URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERA/DD7D0......11本节小结D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。D/A转换器根据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络D/A转换器和倒T型电阻网络D/A转换器两大类。由于倒T型电阻网络D/A转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成D/A转换器普遍采用这种电路结构。如果输入的是n位二进制数，则D/A转换器的输出电压为：第2节A

/D转换器A/D转换器的任务是将模拟量转换成数字量,它是模拟信号和数字仪器的接口。一、A/D转换器的基本原理取样时间上离散的信号保持、量化量值上也离散的信号编码模拟信号数字信号时间上和量值上都连续时间上和量值上都离散模数转换一般分为取样、保持和量化、编码两步进行。取样、保持vIvSS(t)(a)取样电路

示意图vItOt1t2t3t4t5(b)输入模拟

信号S(t)tt1t2t3t4t5tW(c)取样脉冲tt1t2t3t4t5(d)取样信号vSTStt1t2t3t4t5(e)取样保持

信号vOOOO取样

时间(tW)保持时间(TS－tW)（１）取样、保持取样就是对模拟信号周期性地抽取样值，使模拟信号变成时间上离散的脉冲串，取样值取决于取样时间内输入模拟信号的大小。根据取样定理，取样频率的选取一般为：vIS(t)vO＋－A7取样－保持电路C(a)S＋－A1LvIS(t)＋－A2vOC30300RPVB6541238（外接）调零（外接）(b)V＋V－要对模拟信号的取样值进行量化和编码，必须使取样值保持一定的时间。取样和保持是由取样－保持电路完成的。模拟电压vI/V量化值二进制数

输出765432107.56.55.54.53.52.51.50.57Δ=7V1116Δ=6V1105Δ=5V1014Δ=4V1003Δ=3V0112Δ=2V0101Δ=1V0010Δ=0V000量化方法之一

有舍有五入法（２）量化、编码用数字量表示取样电压值时，要将取样电压化为某个最小数量单位(1LSB)的整数倍，这一转换过程称为量化，所取的最小单位称为量化单位，用Δ表示，Δ=1LSB。将量化的结果转化为对应的代码，称为编码。实际输入电压值与量化值之间的偏差称为量化误差。

四舍五入量化法：采用四舍五入的方法量化取整。最大量化误差为Δ/2。模拟电压vI/V量化值二进制数

输出876543217=7V1116=6V1105=5V1014=4V1003=3V0112=2V0101=1V0010=0V000量化方法之二

只舍不入法0

舍去小数量化法：

舍去小数直接取整，最大量化误差为△。

完成量化编码工作的电路是ADC。按工作原理不同，可分为直接ADC和间接ADC。

直接ADC是将输入模拟电压直接转换成数字量，如并联比较型ADC和逐次比较型ADC。

间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，如双积分型ADC。（1）分辨率

A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－8＝20mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－12≈1.22mV。（2）转换误差

在零点和满度都校准以后，整个转换范围内实测值与理论值之间的最大偏差。通常以LSB为单位，以相对误差的形式来表示。（3）转换速度转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。二、A/D转换器的类型直接型A/D转换器间接型A/D转换器逐次逼近型A/D转换器

并联比较型A/D转换器双积分型ADC1、并联比较型-++-++-++-++-++-++-++uiUsRRRRRRRRD2D1D0数字输出AGFECDB编码器7Us/86Us/85Us/84Us/83Us/82Us/8Us/8优点是转换速度快，缺点是所需比较器数目多，位数越多矛盾越突出。

三位并联比较由以下3部分组成：

比较器：由７个电压比较器组成，“＋”输入端接输入电压ui，“－”输入端接一定值的比较电压uR，若

ui

>uR

，比较器输出为1，反之输出为0。

分压电阻链：由８个电阻组成，将基准电压进行分压，获得７个比较器的比较电压uR。

８线－３线优先编码器：输入、输出均为高电平有效（具有优先级）。比较器输入7Us/8

<ui<

Us6Us/8<

ui<

7Us/85Us/8<

ui<

6Us/84Us/8<

ui<

5Us/83Us/8<

ui<

4Us/82Us/8<

ui<

3Us/81Us/8<

ui<

2Us/80

<

ui<

1Us/8

ABCDEFGD2D0D1编码器输出输入电压ui11111111111111110000111110000000000000000000000000000000001111111111111111111000逻辑状态关系表2、逐次逼近式ADC工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx=13.4克，可以用下表步骤来秤量：砝码重第一次第二次第三次第四次加4克加2克加1克8克砝码总重<待测重量Wx，故保留砝码总重仍<待测重量Wx，故保留砝码总重>待测重量Wx，故撤除砝码总重＝待测重量Wx，故保留暂时结果8克12克12克13克

结论数模转换器逐次逼近寄存器控制电路顺序脉冲发生器数字量输出时钟脉冲电压比较器Muoui原理框图QARASAQBRBSBQCRCSC&&&3位数模转换器&&&Q1Q2Q3Q4Q5B2(22)B1(21)B0(20)CPuiuo顺序脉冲发生器0000000000000000CP10000010000100001CP0100010000100000CP120100000100010001CP10110000100010000CP1230110000001001001CP1241111000010000101CP1230110000000000100CP123450110000000000011110CP12340000000000000000CP1234551111000001001000CP123四、集成ADC集成ADC：逐次比较型、双积分型等；8位、12位、20位等集成ADC0809：8位、前置8选1模拟开关、后置三态输出数据锁存器，另有相应的控制端，便于程序控制，易于直接微机。思考题1、DAC和ADC有什么用途?2、R-2RT形电阻网络有什么特点？为什么通常采用R-2RT形电阻网络DAC而不用权电阻DAC?3、什么是DAC、ADC的分辨率和转换精度？4、比较并联比较型ADC和逐次比较型DAC的优缺点?习题：P3988.4.1，8.4.6

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谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH35欧债危机3解救方案1欧债危机简介4近年动态聚焦2危机原因深究5欧债危机与中国欧债危机的全面观欧债危机36相关概念主权债务：指一国以自己的主权为担保向外，不管是向国际货币基金组织还是向世界银行，还是向其他国家借来的债务主权债务违约:现在很多国家，随着救市规模不断的扩大，债务的比重也在大幅度的增加主权信用评价:体现一国主权债务违约的可能性，评级机构依照一定的程序和方法对主权机构（通常是主权国家）的政治、经济和信用等级进行评定，并用一定的符号来表示评级结果。1欧债危机简介37欧债危机，全称欧洲主权债务危机，是指自2009年以来在欧洲部分国家爆发的主权债务危机。欧债危机是美国次贷危机的延续和深化，其本质原因是政府的债务负担超过了自身的承受范围。欧债危机简介38开端三大评级机构的卷入发展比利时，西班牙陷入危机蔓延龙头国受到影响升级7500亿稳定机制达成欧债危机简介发展过程391欧债危机简介欧猪五国PIIGS（PIIGS—欧债风险最大的五个国家英文名称第一个字母的组合）希腊——债务状况江河日下

葡萄牙——债务将超经济产出西班牙——危险的边缘意大利——债务状况严重爱尔兰——债务恐继续增加40目前，希腊属欧盟经济欠发达国家之一，经济基础较薄弱，工业制造业较落后。海运业发达，与旅游、侨汇并列为希外汇收入三大支柱。农业较发达，工业主要以食品加工和轻工业为主。希腊已陷入经济衰退5年，债务危机持续2年多，已经给希腊经济、政治和社会带来了极大的破坏。严重经济衰退带来的直接后果是，失业率高企，民众生活每况愈下。与此同时，政府收入锐减，偿债目标一再被推迟。2011年11月，希腊失业率高达21%，超过100万人待业。。目前，希腊社会阶层情绪对立严重，普通民众认为，正是当权者无所作为，才将这个国家引向了目前这种灾难性局面。而政府官员普遍存在的贪污腐败和无所作为，更是加重了民众的不满。希腊债务危机41葡萄牙是发达国家里经济较落后的国家之一，工业基础较薄弱。纺织、制鞋、旅游、酿酒等是国民经济的支柱产业。软木产量占世界总产量的一半以上，出口位居世界第一。经济从2002年起有所下滑，2003年经济负增长1.3%。2004年国内生产总值为1411.15亿欧元，经济增长1.2%。2005年国内生产总值为1472.49亿欧元，人均国内生产总值为13800欧元，经济增长率为0.3%。葡萄牙债务危机422010年1月11日，穆迪警告葡萄牙若不采取有效措施控制赤字将调降该国债信评级。

2010年4月，葡萄牙已经呈现陷入主权债务危机的苗头。葡萄牙当时的公共债务为GDP的77%，与法国处于相同水平；但是，企业以及家庭、人均的债务均超过了希腊和意大利，高达GDP的236%，葡萄牙债券已被投资者列为世界上第八大高风险债券。2011年3月15日，穆迪把对葡萄牙的评级从A1下调至A3。穆迪称，葡萄牙将面对很高的融资成本，是否能够承受尚难预料，该国财政紧缩目标能否如期实现也存在变数。再考虑到全球经济形势仍不明朗、欧洲中央银行可能提高利率以及高油价带来更高经济运行成本，该机构决定下调该国主权信用评级。43惠誉2010年12月把葡萄牙主权信用评级从“AA－”调低至“A＋”2011年3月25日，标普宣布将葡萄牙长期主权信贷评级从“A-”降至“BBB”，3月29日，标普宣布将葡萄牙主权信用评级下调1级至BBB-2011年4月1日，惠誉下调葡萄牙评级，将其评级下调至最低投资级评等BBB-。称债台高筑的葡萄牙需要救援。2011年4月，葡萄牙10年期国债的预期收益率已经升至9.127%，创下该国加入欧元区以来的新高。与此同时葡萄牙将至少有约90亿欧元的债务到期，葡萄牙政府实在支撑不住了，既没钱、没法偿还到期的债务，又没有有效的融资途径，不得不提出经济救援申请。44房地产泡沫是爱尔兰债务危机的始作俑者。2008年金融危机爆发后，爱尔兰房地产泡沫破灭，整个国家五分之一的GDP遁于无形。随之而来的便是政府税源枯竭，但多年积累的公共开支却居高不下，财政危机显现。更加令人担忧的是，该国银行业信贷高度集中在房地产及公共部门，任何一家银行的困境都可能引发连锁反应。爱尔兰5大银行都濒临破产。为了维护金融稳定，爱尔兰政府不得不耗费巨资救助本国银行，把银行的问题“一肩挑”，从而导致财政不堪重负。财政危机和银行危机，成为爱尔兰的两大担忧。史上罕见，公共债务将占到GDP的100%。消息一公布，爱尔兰国债利率随即飙升。爱尔兰十年期国债利率已直抵9%，是德国同期国债利率的三倍。由此掀开了债务危机的序幕。房地产业绑架了银行，银行又绑架了政府，这就是爱尔兰陷入主权债务危机背后的简单逻辑。

爱尔兰债务危机452011年9月19日，标普宣布，将意大利长期主权债务评级下调一级，从A+降至A，前景展望为负面。在希腊债务危机愈演愈烈之际，意大利评级下调对欧洲来说无疑是雪上加霜。2010年意政府债务总额已达1.9万亿欧元，占GDP比例高达119%，在欧元区内仅次于希腊。由于意大利债务总额超过了希腊、西班牙、葡萄牙和爱尔兰四国之和，因此被视为是“大到救不了”的国家。意大利债务危机46

意大利和其他出现债务危机的欧洲国家所面临的，并不是简单收支失衡问题，而是根本性的经济扩张动能不足问题。这些南欧国家在享受高福利的同时，却逐渐失去全球经济竞争力。其不同程度存在的用工制度僵化、创新能力低、企业活力不足、偷税以及政治内耗剧烈等，是解决债务危机的重要障碍。然而，目前意政府乃至整个欧元区在应对债务危机上，还仅仅以紧缩开支、修复政府短期资产负债表为主攻方向，在体制性改革问题上却重视不够。倘若这些陷入危机的南欧国家不进行一番伤筋动骨的体制性改革，债务危机将无法获得根本性解决。472011年10月7日，惠誉宣布将西班牙的长期主权信用评级由“AA+”下调至“AA-”，评级展望为负面。2011年10月18日，继惠誉和标普之后，穆迪也宣布将西班牙的主权债务评级下调两档至A1，前景展望为负面经济疲软、财政“脱轨”，加上超高的失业率和低迷的房地产市场让西班牙已不堪重负。该国经济增长乏力、财政债台高筑和房地产市场萎靡不振，以及这些问题之间不断加深的负面反馈效应。西班牙债务危机481.影响欧元币值的稳定2.拖累欧元区经济发展3.延长欧元区宽松货币的时间4.欧元地位和欧元区稳定将经受考验5.威胁全球经济金融稳定1欧债危机简介主要影响49crisis2整体经济实力不均1协调机制与预防机制的不健全3欧元体制天生弊端4.欧式社会福利拖累6欧洲一体化进程5民主政治的异化:2欧债危机形成原因501.欧元区内部机制：协调机制运作不畅，预防机制不健全,致使救助希腊的计划迟迟不能出台，导致危机持续恶化。

2.整体经济实力薄弱：遭受危机的国家大多财政状况欠佳，政府收支不平衡在欧元区内部存在严重的结构失衡问题，地域经济水平的差异和经济结构差异导致债务危机国家的竞争力削弱；

3.欧元体制天生弊端：作为欧洲经济一体化组织，欧洲央行主导各国货币政策大权，欧元具有天生的弊端，经济动荡时期，无法通过货币贬值等政策工具，因而只能通过举债和扩大赤字来刺激经济,《稳定与增长公约》没有设立退出机制；2债务危机形成原因主要原因514.欧式社会福利拖累：高福利制度异化与人口老龄化，希腊等国高福利政策没有建立在可持续的财政政策之上(凯恩斯主义财政政策的长期滥用)，历届政府为讨好选民，盲目为选民增加福利，导致赤字扩大、公共债务激增，偿债能力遭到质疑。

5.民主政治的异化:6.欧盟内部：德国坚定地致力于构建“一体化”欧洲的战略，法国有相同的意向，但同时也希望通过“欧洲一体化”来遏制德国。德法有足够的经济实力和雄厚的财力在欧债危机之初，甚至现在在很短时间内疚可遏制危机蔓延并予以解决。之所以久拖不决，其根本目的在于借欧债危机之“机”，整顿财政纪律（特别市预算权），迫使成员国部分让出国家财政主权，以建立统一的欧洲财政联盟，在救助基金及欧洲央行的配合下，行使欧元区“财政部”的职能，以便加速推进欧洲一体化进程2债务危机形成原因主要原因521评级机构2财务造假3积税与就业4EU引起威胁2债务危机形成原因关于评级机构及其他53二、1.评级机构:美国三大评级机构则落井下石，连连下调希腊等债务国的信用评级。(2009年10月20日，希腊政府宣布当年财政赤字占国内生产总值的比例将超过12%，远高于欧盟设定的3%上限。随后，全球三大评级公司相继下调希腊主权信用评级，欧洲主权债务危机率先在希腊爆发。)至此，国际社会开始担心，债务危机可能蔓延全欧，由此侵蚀脆弱复苏中的世界经济。2财务造假埋下隐患：希腊因无法达到《马斯特里赫特条约》所规定的标准，即预算赤字占GDP3%、政府负债占GDP60%以内的标准，于是聘请高盛集团进行财务造假，以顺利进入欧元区。3.税基与就业不乐观：经济全球化深度推进带来税基萎缩与高失业4．欧盟的威胁：马歇尔计划催生出的欧共体，以及在此基础上形成的欧盟，超出了美国最初的战略设定，一个强大的足以挑战美元霸主地位的欧元有悖于美国的战略目标。

2债务危机形成原因关于评级机构及其他541欧盟峰会成果（2011.10）2欧盟峰会成果（2011.12）3宋鸿兵3解救方案55一、银行体系注资问题

3解救方案之10月峰会欧盟被迫采取一系列措施提供流动性，借以稳定银行体系：欧洲央行联合美联储、英国央行、日本央行和瑞士央行在3个月内向欧洲银行提供无限量贷款；欧洲央行重启抵押资产债券的收购；欧洲央行重新发放12个月期银行贷款。在此次峰会上，欧盟领导人达成一致，要求欧洲90家主要商业银行在2012年6月底前必须将资本金充足率提高到9%。银行国别资本补充额度（单位：亿欧元）希腊300西班牙262意大利147葡萄牙78法国88德国52总计约1060563解救方案之10月峰会二、EFSF扩容问题实现“EFSF的杠杆化操作”，即以目前现有资金向高比例债券提供担保，主要分为两种方式：方式一：按20-25%的比例，用EFSF剩余资金额度为新发债券提供“信用增级”，投资者购买债券时可以购买“风险保险”，从而使债券获得EFSF的担保，当债券出现违约损失时，债权人可以从EFSF获得至少20%的面值补偿；方式二：依托EFSF成立“特别用途工具”（也有称“特别用途投资工具”，缩写为SPV/SPIV），吸纳欧盟以外民间或主权基金以充实EFSF可用资金额度。573解救方案之10月峰会三、希腊主权债务减记问题欧盟和IMF：1090亿欧元援助贷款银行等私人投资者：自愿减记21%私人债仅减记幅度第二轮救助计划所需资金21%252050%114060%1090私人债仅减记幅度与第二轮救助希腊计划所需资金对比583解救方案之12月峰会一、达成“新财政协议”财政协议的主要内容包括：1.政府预算应实现平衡或盈余，年度结构性赤字不得超过名义GDP的0.5%；2.成员国超过欧盟委员会设定的3%的赤字上限，将受到欧盟制裁，除非多数欧元区成员国反对；3.债务占比超过60%的国家，其债务削减数量指标的细则必须依据新的规定；欧盟将加强对成员的财政监督和评估，有权要求涉嫌违反《稳定与增长公约》的成员国重新修改预算；4建立并落实各成员国政府债券发行计划事先报告制度5.加强财政一体化；加强协调与管理，强化欧元区。593解救方案之十二月峰会二、强化EFSF和ESM强化EFSF：迅速实施EFSF的杠杆化扩容方案；欢迎欧洲央行作为EFSF介入市场操作的代理机构；EFSF将继续发挥作用，为已启动的项目提供融资。调整ESM：ESM提前至2012年7月启动；欧盟委员会和欧洲央行为维护金融和经济稳定，可对金融援助做出紧急决定，达到85%多数同意即可；实缴资本和ESM已发放贷款的比率维持在15%以上。（同时运行，强化救助能力）

603解救方案之12月峰会三、向IMF注资，提高救助资金的融资规模“双边贷款”：共注资2000亿欧元欧元区国家央行：1500亿欧元非欧元区国家：500亿欧元613解救方案之宋鸿兵建议化解危机的办法：一、财政同盟（效仿美国统一的财政部所具备的转移支付的功能）二、欧洲央行（ECB）入市，收购流动性差的资产三、发行欧盟债券四、银行同盟，使银行资本能够跨境自由流动622014--06情况好转，恢复态势良好各项经济指标触底回升财政监管、金融监管机制2014--07欧债危机重演趋势增加欧洲股市全线大跌的元凶“欧洲银行业”欧版QE计划迟迟未公布（量化宽松，简称QE，是一种货币政策，主要指各国央行通过公开市场购买政府债券、银行金融资产等做法。）4欧债危机新动态（2014-06至今）632014--09急性后逐渐平息转入“慢性期”金融市场危机将渐渐“转移”成实体经济减速低增长、高通胀2014--10增长迟滞的顽固期大规模的债务负担危机引发的并发症（失业差距南北分化）2014年欧盟经济增长率进入了1.3%，欧元区只有0.8%4欧债危机新动态642014--11欧央行进一步放宽货币政策量化宽松政策(QE)央行的资产负债表将增加1万兆欧元2015--01欧债危机持续发酵欧元贬值创出九年新低（2014年欧盟债务率85.6%，这个数据应该说比2009年爆发债务危机数据还是呈上升的趋势。）希腊的退出欧元区风险4欧债危机新动态652015--04希腊重回欧债危机希腊短期国债连续七周遭抛售短期国债收益率飙升至28%（收益率越高，投资者越不感兴趣。）评级至“垃圾级”2015--05希腊债务前途未明欧债市场急剧波动俄罗斯邀请希腊加入金砖银行4欧债危机新动态66672015--05金砖银行难救希腊金砖国家开发银行资金主要用于支持金砖国家和其他新兴经济体及发展中国家的基础设施建设。金砖银行本身还不成熟，其运行机制还没有理顺。但是无论希腊最终是否加入金砖银行，中国都有可能提供支持。作为金砖银行的重要成员国之一，中国目前正在推进的“一带一路”、高铁技术出口、装备制造业走出去等重大发展战略，将与希腊的发展需要不谋而合。希腊是中国参与全球化的支点。（原油进口一半以上是租借希腊的船只。）希腊是中国走向海洋的支点。希腊也是中国包容西方话语体系的支点。1.直接影响我国出口创汇和外向型经济的发展①欧盟是中国最重要的经贸伙伴之一。②欧盟区经济增长逐渐衰退，消费能力的下降，其市场需求也大幅度减少，导致中国对欧出口量的增幅也明显下降。5欧债危机与中国对中国的影响