A-D和D-A转换技术详解

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：图1-4所示为逐级比较式A-D转换器，它主要由模拟比较器、移位寄存器、锁存器和D-A转换器构成。如果把图中的模拟比较器比作天平，输入模拟信号比作所测重物的重量，D-A转换器比作砝码，那么，移位寄存器和锁存器就相当于放入、取出或留下的砝码。D-A转换器有多种形式，如用R-2R梯形电阻构成的D-A转换器、积分式D-A转换器、DEM方式D-A转换器等，这些方式的转换器都是用单片集成电路制成的，具有无须调整的优良特征。

1.A-D转换技术

A-D转换就是将模拟信号转换成数字信号，在A-D转换过程中，首先是利用采样保持电路对输入的模拟信号进行采样，如图1-3所示。

图1-3 模拟信号采样电路

电路中的模拟开关是采样开关，它每秒接通的次数为采样频率，接通时间为采样时间，对于音响信号，每秒采样44.1千次，即44.1kHz。模拟开关通断是由控制信号控制的，高电平接通，低电平断开。接通时送出输入信号在接通时刻的电平值（样本值）。该样本电平值送到保持电容以保持其电平值，经输出缓冲放大器放大后输出，待下一个采样值送出时，它又保持输出这一电平值。因此，经保持电路处理后的信号就变成了一种阶梯形的模拟信号，该信号经量化编码后变成了数字信号。

A-D转换器有多种类型，若影碟机采用16位的数字信号，则要求A-D转换器不但要具有将模拟信号分解成2¹⁶=65536个等级的能力，而且必须在10～20μs的时间内完成整个转换过程。

图1-4所示为逐级比较式A-D转换器，它主要由模拟比较器、移位寄存器、锁存器和D-A转换器构成。其工作步骤是按照天平称物的原理来完成的。如果把图中的模拟比较器比作天平，输入模拟信号比作所测重物的重量，D-A转换器比作砝码，那么，移位寄存器和锁存器就相当于放入、取出或留下的砝码。输入信号增加表示物体量增加，这时就必须增加砝码，也就是说，物体重量改变时，砝码也必须相应改变，才能使天平保持平衡，使称出的物体量与砝码相等。

图1-4 逐级比较式A-D转换器

2.D-A转换技术

与A-D转换相反，D-A转换是将数字信号变成模拟信号。其作用是将A-D转换后形成的数字信号再还原成模拟信号，推动模拟设备进行工作。

图1-5 D-A转换器的结构图

D-A转换器的基本结构如图1-5所示。

D-A转换的位数与A-D转换的位数（图1-5中为16位）应相同，变换速度的最低限度应控制在一定的时间之内。图中转换器是由晶体管构成，根据数字信号是0还是1来控制开关是通（ON）还是断（OFF）的工作状态。

图1-5中，流过R₁至R₁₆各个开关的电流用2的倍数加权，即第一位接通时通过的电流为1mA，第二位接通时流过的电流则为（1/2）×1mA，第三位接通时流过的电流则为（1/4）×1mA，第四位接通时流过的则为（1/8）×1mA……。各个电源开关使加权的电流源通、断，在运算放大器的输入端上就会出现导通的电源之和，如

（1+1/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64+1/128+1/256+1/512+…+1/65536）mA

该输入电流通过运算放大器进行电流/电压变换，经变换的电压即为与输入的16bit数字值相对应的模拟值，从而推动模拟设备工作。

D-A转换器有多种形式，如用R-2R梯形电阻构成的D-A转换器、积分式D-A转换器、DEM方式D-A转换器等，这些方式的转换器都是用单片集成电路制成的，具有无须调整的优良特征。不管结构如何复杂，其IC的内部结构都是根据这个基本原理制成的。

A-D和D-A转换技术详解

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