A/D和D/A概述
隨著數(shù)字技術(shù),特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及,在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領(lǐng)域,為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo),對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術(shù)。由于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量(如溫度、壓力、位移、圖像等),要使計算機或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號,必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號才能為執(zhí)行機構(gòu)所接受。這樣,就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路--模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路,稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC,Analog to Digital Converter);將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC,Digital to Analog Converter);A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。
為確保系統(tǒng)處理結(jié)果的精確度,A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度;如果要實現(xiàn)快速變化信號的實時控制與檢測,A/D與D/A轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。隨著集成技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)已研制和生產(chǎn)出許多單片的和混合集成型的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器,它們具有愈來愈先進的技術(shù)指標(biāo)。
二、D/A和A/D轉(zhuǎn)換器的相關(guān)性能參數(shù):
D/A轉(zhuǎn)換器是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的線性電路器件,已做成集成芯片。由于實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的原理和電路結(jié)構(gòu)及工藝技術(shù)有所不同,因而出現(xiàn)各種各樣的D/A轉(zhuǎn)換器。目前,國外市場已有上百種產(chǎn)品出售,他們在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價值上都各具特色。
D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù):
衡量一個D/A轉(zhuǎn)換器的性能的主要參數(shù)有:
(1)分辨率
是指D/A轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)的位數(shù),位數(shù)多分辨率也就越高。
(2)轉(zhuǎn)換時間
指數(shù)字量輸入到完成轉(zhuǎn)換,輸出達(dá)到最終值并穩(wěn)定為止所需的時間。電流型D/A轉(zhuǎn)換較快,一般在幾ns到幾百ns之間。電壓型D/A轉(zhuǎn)換較慢,取決于運算放大器的響應(yīng)時間。
(3)精度
指D/A轉(zhuǎn)換器實際輸出電壓與理論值之間的誤差,一般采用數(shù)字量的最低有效位作為衡量單位。
(4)線性度
當(dāng)數(shù)字量變化時,D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量按比例關(guān)系變化的程度。理想的D/A轉(zhuǎn)換器是線性的,但是實際上是有誤差的,模擬輸出偏離理想輸出的最大值稱為線性誤差。
A/D轉(zhuǎn)換器的功能是把模擬量變換成數(shù)字量。由于實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的工作原理和采用工藝技術(shù)不同,因此生產(chǎn)出種類繁多的A/D轉(zhuǎn)換芯片。A/D轉(zhuǎn)換器按分辨率分為4位、6位、8位、10位、14位、16位和BCD碼的31/2位、51/2位等。按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速(轉(zhuǎn)換時間≤330ns),次超高速(330~3.3μS),高速(轉(zhuǎn)換時間3.3~333μS),低速(轉(zhuǎn)換時間>330μS)等。A/D轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器。所謂直接A/D轉(zhuǎn)換器,是把模擬信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,如逐次逼近型,并聯(lián)比較型等。其中逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器,易于用集成工藝實現(xiàn),且能達(dá)到較高的分辨率和速度,故目前集成化A/D芯片采用逐次逼近型者多;間接A/D轉(zhuǎn)換器是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量,然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,如電壓/ 時間轉(zhuǎn)換型(積分型),電壓/頻率轉(zhuǎn)換型,電壓/脈寬轉(zhuǎn)換型等。其中積分型A/D轉(zhuǎn)換器電路簡單,抗干擾能力強,切能作到高分辨率,但轉(zhuǎn)換速度較慢。有些轉(zhuǎn)換器還將多路開關(guān)、基準(zhǔn)電壓源、時鐘電路、譯碼器和轉(zhuǎn)換電路集成在一個芯片內(nèi),已超出了單純A/D轉(zhuǎn)換功能,使用十分方便。
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