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AD/DA介绍

也叫ADC/DAC，大多数ADC采集的模拟信号是电压信号，再转换成对应的数字信号：很多传感器都是电阻变化，但ADC不会直接识别声音、光、温湿度和电阻电流等的变化，而是识别对应的电压变化。

而DAC也是将输入的数字信号转换成对应的电压信号输出

对于ADC来说，传感器产生的模拟电压很小（毫伏），直接进入ADC分辨率太低，需要将电压放大；对于DAC呢，由于DAC输出阻抗高，输出的模拟电压驱动能力很弱，带不动负载，需要增强电压驱动能力。综上，需要用到运算放大器。

运算放大器

几种用法

电压比较器：同相输入端IN+,反相输入端IN-,比较器通过比较两输入端大小，来输出高电平/低电平。IN+ > IN-时输出端连接VCC,输出高电平；IN+ < IN-时输出端连接GND，输出低电平。电压比较器只做大小对比

反向放大器：输入信号Vin和输出端都和反相输入端连接，同相输入端接地，等于0。

首先如果反相端小于同相端，那么Vout应该和VCC连接，Vout增大，由于out和反相端连接，反相端也会被带着增大，如果大到反相端大于同相端了，out又和GND连接，out减小，反相端又跟着减小，类似一个负反馈关系，如此循环往复，最后同相端和反相端电压相等，输出端才不变了。

在反向放大器中也是如此，所以两个输入端电压均为0。而在运放中两个输入端的阻抗极大，几乎无电流进入运放内，所以在输入信号到R1再到R2，最后到输出端这一路上电流都是相等的，由此建立等式：(Vin-0)/R1=(0-Vout)/R2,最后得到Vout=-(R2/R1)Vin。电压放大倍数A=-R2/R1

其中流入运放两输入端的电流≈0叫虚断，在运放中是永远成立的；同相端电压等于反相端电压叫虚短，只在有负反馈时成立，负反馈即输出端和反相输入端连接，把部分输出信号送回输入端以抵消、减弱输入变化，稳定电路（和同相端连接叫正反馈，加强变化）

同向放大器：一样存在一个负反馈，那么虚短成立，此时输入信号和同相端连接，根据虚短，Vin就等于上方节点处的电压；由于虚断，从out到R2再到R1，最后接地的这一路上电流相等，电流I等于(Vout-0)/(R1+R2),那么节点处电压Vin=Vout-IR2,代入得Vout=Vin(R2/R1+R2),放大倍数A=1+R2/R1

电压跟随器：一种同向放大器。不存在R2或者这条线不接地（相当于R1无穷大），代入公式即Vout=Vin,不放大电压，但输出电压驱动能力很强（阻抗很低，电流大），相当于使电压驱动能力增强

DA原理

T型电阻网络DAC

此处运放存在负反馈，则根据虚短，两输入端电压相同，有一方接地，电压都为0，节点处电压=0，那么开关不管接0还是1电压都是0，不会影响上方网络的分流分压。

从右往左看，两个2R电阻并联，阻值为R，再和一个R串联，阻值2R，这三个电阻最终形成的2R的电阻又和一个2R并联，如此循环，最后总电阻为R。电流依旧从右往左，两个I0相等，而I1=2I0,两个I1相等，I2=2I1=4I0，如此循环，最后I7=128I0,I=2I7=256I0，I0=I/256,而I=Vref（参考电压）/R(总电阻)，代入得I0=Vref/(256R),反相输入端那条电路具体有多少I0要看开关接法，最后Vout=0-总I0Rfb,具体见图上公式

PWM型

一个电阻加一个电容就是低通滤波器，图中有两个就是二阶低通滤波器，性能更好，如果电阻电容交换位置就是高通滤波器。PWM波形分为直流分量和交流分量，直流分量就是电压平均值，等于供电x占空比，交流分量是正负交替不断变化的，是用电压减去平均电压，比如供电5v,占空比0.5，直流分量就是2.5v，交流分量就是5v-2.5v=2.5v,0v-2.5v=-2.5v，交流分量围绕着直流分量不断变化。而低通滤波器则是使用电容通交流阻直流的特性，使交流分量通过电容直接接地，相当于过滤出去了，剩下直流分量作为输出电压，但此时电压驱动能力依旧很弱，所以再接一个跟随器。

DA的本质就是用输入数字对应的二进制里面的0和1去控制电路开关，经过有不同阻值的支路，最后得到电压，对于PWM型的，是数字控制占空比，从而改变平均电压

AD原理

逐次逼近型

对于温度、光等的模拟电压是未知的，这时候可以应用电压比较器，使用DAC输出电压去和模拟电压比较，通过输出的电平判断大了还是小了然后改变，逐次逼近这个未知的模拟电压，最后得到一个相近的值，就转换成数字信号，此时DAC也需要一个Vref,通过得到的逼近值和参考电压比较，公式见图，最后得到数字