1、什么是 ad转换器将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称 a/d转换器或 adc,analog to digital converter）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称 d/a转换器或 dac,digital to analog converter）；a/d 转换器和 d/a转换器已成为信息系统中不可缺俚慕涌诘缏贰?br 为确保系统处理结果的精确度，a/d 转换器和 d/a转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，a/d 与 d/a转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量 a/d与 d/a转换器的重要技术指标。随着
2、集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的 a/d和 d/a转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码 4个过程。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。取样和保持 取样是将随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量。取样过程示意图如图11.8.1所示。图（a）为取样电路结构，其中，传输门受取样信号 S(t)控制，在 S(t)的脉宽 期间，传输门导通，输出信号 vO(t)为输入信号 v1,而
3、在（ Ts-）期间，传输门关闭，输出信号 vO(t)=0。电路中各信号波形如图（b）所示。图 11.8.1 取样电路结构(a)图 11.8.1 取样电路中的信号波形(b)通过分析可以看到，取样信号 S(t)的频率愈高，所取得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。但带来的问题是数据量增大，为保证有合适的取样频率，它必须满足取样定理。取样定理：设取样信号 S(t)的频率为 fs，输入模拟信号 v1(t)的最高频率分量的频率为fimax，则 fs与 fimax必须满足下面的关系 fs2f imax，工程上一般取 fs(35)f imax。将取样电路每次取得的模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，
4、为了给后续的量化编码过程提供一个稳定值，每次取得的模拟信号必须通过保持电路保持一段时间。 取样与保持过程往往是通过取样-保持电路同时完成的。取样-保持电路的原理图及输出波形如图 11.8.2所示。图 11.8.2 取样-保持电路原理图 图 11.8.2 取样-保持电路波形图电路由输入放大器 A1、输出放大器 A2、保持电容 CH和开关驱动电路组成。电路中要求 A1具有很高的输入阻抗，以减少对输入信号源的影响。为使保持阶段 CH上所存电荷不易泄放，A 2也应具有较高输入阻抗，A 2还应具有低的输出阻抗，这样可以提高电路的带负载能力。一般还要求电路中 AV1AV2=1。现结合图 11.8.2来分析
5、取样-保持电路的工作原理。在 t=t0时，开关 S闭合，电容被迅速充电，由于 AV1AV2=1，因此 v0=vI，在 t0t 1时间间隔内是取样阶段。在 t=t1时刻 S断开。若A2的输入阻抗为无穷大、S 为理想开关，这样可认为电容 CH没有放电回路，其两端电压保持为v0不变，图 11.8.2(b)中 t1到 t2的平坦段，就是保持阶段。取样-保持电路以由多种型号的单片集成电路产品。如双极型工艺的有 AD585、AD684；混合型工艺的有 AD1154、SHC76 等。量化与编码数字信号不仅在时间上是离散的，而且在幅值上也是不连续的。任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。为
6、将模拟信号转换为数字量，在 A/D转换过程中，还必须将取样-保持电路的输出电压，按某种近似方式归化到相应的离散电平上，这一转化过程称为数值量化，简称量化。量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就是 A/D转换器输出的数字量。量化过程中所取最小数量单位称为量化单位，用表示。它是数字信号最低位为 1时所对应的模拟量，即 1LSB。在量化过程中，由于取样电压不一定能被整除，所以量化前后不可避免地存在误差，此误差称之为量化误差，用 表示。量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/D 转换器的位数越多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。量化过程常采用两种近似量化方式：
7、只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。.只舍不入量化方式以 3位 A/D转换器为例，设输入信号 v1的变化范围为 08V，采用只舍不入量化方式时，取=1V，量化中不足量化单位部分舍弃，如数值在 01V 之间的模拟电压都当作 0，用二进制数 000表示，而数值在 12V 之间的模拟电压都当作 1，用二进制数 001表示这种量化方式的最大误差为。.四舍五入量化方式 如采用四舍五入量化方式，则取量化单位=8V/15，量化过程将不足半个量化单位部分舍弃，对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。它将数值在 08V/15 之间的模拟电压都当作 0对待，用二进制 000表示，而数值在 8V/152
8、4V/15 之间的模拟电压均当作 1，用二进制数 001表示等。.比较采用前一种只舍不入量化方式最大量化误差max=1LSB,而采用后一种有舍有入量化方式max=1LSB/2，后者量化误差比前者小，故为多数 A/D转换器所采用。A/D转换器的种类很多，按其工作原理不同分为直接 A/D转换器和间接 A/D转换器两类。直接 A/D转换器可将模拟信号直接转换为数字信号，这类 A/D转换器具有较快的转换速度，其典型电路有并行比较型 A/D转换器、逐次比较型 A/D转换器。而间接 A/D转换器则是先将模拟信号转换成某一中间电量(时间或频率)，然后再将中间电量转换为数字量输出。此类 A/D转换器的速度较慢
9、，典型电路是双积分型 A/D转换器、电压频率转换型 A/D转换器。a/d转换器的功能是把模拟量变换成数字量。由于实现这种转换的工作原理和采用工艺技术不同，因此生产出种类繁多的 a/d转换芯片。a/d 转换器按分辨率分为 4位、6 位、8 位、10 位、14 位、16 位和 bcd码的 31/2位、51/2 位等。按照转换速度可分为超高速（转换时间330ns），次超高速（3303.3s），高速（转换时间 3.3333s），低速（转换时间330s）等。a/d 转换器按照转换原理可分为直接 a/d转换器和间接 a/d转换器。所谓直接 a/d转换器，是把模拟信号直接转换成数字信号，如逐次逼近型，并联比较型等。其中逐次逼近型 a/d转换器，易于用集成工艺实现，且能达到较高的分辨率和速度，故目前集成化 a/d芯片采用逐次逼近型者多；间接 a/d转换器是先把模拟量转换成中间量，然后再转换成数字量，如电压/时间转换型（积分型），电压/频率转换型，电压/脉宽转换型等。其中积分型 a/d转换器电路简单，抗干扰能力强，切能作到高分辨率，但转换速度较慢。有些转换器还将多路开关、基准电压源、时钟电路、译码器和转换电路集成在一个芯片内，已超出了单纯 a/d转换功能，使用十分方便。
