DAC_ADC模数及数模转换器的发展综述
了解声卡的常见技术DAC和ADC

了解声卡的常见技术DAC和ADC 声卡是计算机中用于输入和输出音频信号的重要硬件设备,它能够将模拟音频信号转换为数字信号以便计算机处理,同时也能将数字信号转换为模拟信号以供外部设备播放。
在声卡中,常见的两项关键技术是数字模拟转换(DAC)和模数转换(ADC)。
一、数字模拟转换(DAC)数字模拟转换(Digital-to-Analog Converter,DAC)是声卡中的重要技术之一,主要用于将计算机内部生成的数字音频信号转换为模拟信号,以便输出到扬声器或其他音频设备上。
DAC技术的核心是将数字信号转换为模拟信号。
它通过将数字音频信号转换为一系列离散的模拟信号样本,再通过模拟滤波和放大等过程,还原出与原始音频信号相似的模拟音频信号。
在声卡中,DAC技术起到了至关重要的作用。
优质的DAC能够带来更高的音频还原度和更低的噪声水平,从而实现更好的音频质量。
DAC的技术参数包括采样率、位深度和信噪比等。
采样率是指每秒钟采集的样本数量,常见的采样率有44.1kHz和48kHz等。
位深度表示每个样本的精度,位深度越高,音频还原度越高。
信噪比则反映了DAC的输出信号与噪声的比值,信噪比越高,输出音频的清晰度越好。
二、模数转换(ADC)模数转换(Analog-to-Digital Converter,ADC)是声卡中另一个重要的技术,用于将模拟音频信号转换为数字信号,以便计算机进行处理和存储。
ADC技术的核心是将连续的模拟音频信号转换为一系列离散的数字音频样本,再通过量化和编码等过程,将连续的信号转化为离散的数字信号。
在声卡中,ADC技术的好坏直接影响着音频输入的质量。
高质量的ADC能够提供更高的采样率和更高的位深度,从而更准确地捕捉音频细节,保留音频的原始质量。
与DAC类似,ADC的技术参数也包括采样率和位深度。
采样率表示ADC每秒进行模拟信号采样的次数,常见的采样率有44.1kHz和48kHz等。
位深度则表示每个样本的精度,位深度越高,表示每个样本可以存储的信息越多,音频质量也会相应提高。
模数转换电路发展历程

模数转换电路发展历程模数转换电路(ADC)是一种将模拟信号转换为数字信号的电路。
它在现代电子设备中广泛应用,如通信系统、计算机、音频设备等。
随着技术的进步,ADC的发展历程也经历了几个重要的阶段。
第一个阶段是模拟到数字转换方法的初步发展。
在20世纪50年代和60年代,模拟到数字转换主要采用积分逐级比较(successive approximation)和双积分逐级比较(dual-slope integration)等方法。
这些方法实现了较低的分辨率和较慢的转换速度,但是在当时已经具备了一定的应用价值。
第二个阶段是装填和并行处理技术的引入。
到了20世纪70年代和80年代,随着半导体技术的发展,模数转换电路开始使用集成芯片。
在这个阶段,引入了装填技术,即对输入信号进行样本保持和并行处理,从而提高了转换速度和分辨率。
在这个阶段出现了很多重要的ADC芯片,例如美国Analog Devices公司的AD7541、AD574等。
第三个阶段是ΔΣ调制技术的应用。
到了20世纪90年代和21世纪初,随着微电子技术的飞速发展,ADC的性能有了很大的提高。
在这个阶段,ΔΣ调制技术被广泛应用于ADC,它通过过采样和数字滤波器实现了高精度和高速的转换。
这种技术在音频设备、通信系统等领域得到广泛应用。
此外,随着电子设备微型化的趋势,ADC也朝着小型化、低功耗的方向发展。
第四个阶段是混合信号ADC的崛起。
随着移动通信、无线通信和传感器技术的迅猛发展,对于混合信号芯片的需求越来越大。
因此,混合信号ADC也成为了当前ADC技术研究和应用的热点之一。
混合信号ADC是指将模拟信号和数字信号处理电路集成在一起的ADC,它可以实现更高的集成度和更低的功耗。
总的来说,随着技术的进步和需求的变化,模数转换电路经历了从初级的模拟到数字转换方法到装填和并行处理技术,再到ΔΣ调制和混合信号技术的发展,实现了从低分辨率、低速度到高分辨率、高速度的转换。
串口通信电压转换原理

串口通信电压转换原理串口通信电压转换原理是将计算机数字信号与外部设备或传感器的模拟信号进行互相转换的过程。
在串口通信中,计算机产生的数字信号通常为5V的高电平和0V的低电平,而外部设备或传感器产生的模拟信号通常是在0V到5V之间的连续变化电压。
为了实现数字信号与模拟信号之间的转换,需要使用电压转换器。
电压转换器的工作原理是通过运用一定的电学原理将信号进行适当的变换。
常见的电压转换器有模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)两种。
1. 模数转换器(ADC):模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
当外部设备或传感器的模拟信号进入模数转换器时,首先经过采样保持电路对信号进行采样,然后经过模拟电压与数字比较器进行比较,得到一个二进制数值。
该数值经过编码器编码后输出给计算机进行处理。
常用的ADC类型有逐次逼近型(SAR)和单片式(Flash)。
2.数模转换器(DAC):数模转换器将数字信号转换为模拟信号。
当计算机产生的数字信号需要输出给外部设备或传感器时,经过编码后的二进制信号经过解码器解码得到对应的模拟电压值,再经过输出放大器放大,最终输出给外部设备或传感器。
在串口通信中,通常使用TTL电平和RS232电平进行转换。
TTL电平是计算机常用的数字信号电平,其高电平一般为5V,低电平为0V。
而RS232电平则是用于串口通信的标准电平,其高电平为-3V至-15V,低电平为+3V至+15V。
因此,在使用串口进行通信时,需要使用TTL转RS232电平转换器将计算机的数字信号转换为RS232电平,以适应外部设备或传感器的电平要求。
TTL转RS232电平转换器通常采用MAX232芯片或类似的芯片实现。
该芯片接受TTL电平输入,并根据其特定的电路设计进行电平转换。
当输入的TTL电平为高电平时,芯片会输出相应的负电平;当输入的TTL电平为低电平时,芯片会输出相应的正电平。
通过使用MAX232芯片或类似的芯片,使得计算机与外部设备或传感器之间能够实现正常的串口通信。
全球adc企业发展历史

全球adc企业发展历史全球ADC(模数转换器)企业发展历史第一章:起步阶段ADC(模数转换器)是一种能够将模拟信号转换为数字信号的电子器件。
全球ADC企业的发展历史可以追溯到20世纪中叶。
在当时,电子技术的发展刚刚起步,ADC还处于实验室阶段。
不同国家的研究机构和大学开始尝试开发自己的ADC技术,并进行初步的应用研究。
第二章:技术突破与商业化随着电子技术的进一步发展,ADC技术也取得了重要突破。
20世纪60年代,美国的一家研究机构成功研制出了第一款商用ADC产品,并开始向市场推广。
这标志着ADC技术的商业化进程开始。
其他国家的企业也纷纷跟进,开始研发和生产自己的ADC产品。
第三章:全球市场竞争进入20世纪70年代,全球ADC企业的竞争逐渐加剧。
各家企业纷纷推出更加先进的ADC产品,提高转换精度和速度,并降低功耗和成本。
美国、日本和欧洲等地的企业成为全球ADC市场的主要竞争者,他们不断地进行技术创新和产品升级,以争夺市场份额。
第四章:技术革新与应用拓展在21世纪初,随着移动通信、数字音频、工业自动化等领域的快速发展,全球ADC企业面临着新的机遇和挑战。
为了满足不断增长的市场需求,企业们不断进行技术革新,推出了更高性能、更适用于特定应用场景的ADC产品。
同时,他们也积极探索新的应用领域,如医疗设备、汽车电子等。
第五章:全球合作与竞争格局随着全球化的进程,全球ADC企业之间的合作与竞争日益加剧。
一方面,各家企业通过技术交流、合作研发等方式加强合作,共同推动ADC技术的进步;另一方面,他们也在市场竞争中争夺地盘,推出具有竞争力的产品,争夺用户的青睐。
第六章:未来展望与挑战展望未来,全球ADC企业面临着新的机遇和挑战。
随着物联网、人工智能等领域的快速发展,对高性能、低功耗的ADC产品的需求将不断增加。
同时,新的技术和新的竞争者也将不断涌现,对现有企业构成挑战。
因此,全球ADC企业需要不断创新,加强合作,以应对未来的发展。
数模转换与模数转换

数模转换与模数转换数模转换(Digital-to-Analog Conversion,简称DAC)和模数转换(Analog-to-Digital Conversion,简称ADC)是数字信号处理中常用的两种信号转换方法。
数模转换将数字信号转换为模拟信号,而模数转换则将模拟信号转换为数字信号。
本文将就数模转换和模数转换的原理、应用以及未来发展进行探讨。
一、数模转换(DAC)数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在数字系统中,所有信号都以离散的形式存在,如二进制码。
为了能够将数字信号用于模拟系统中,需要将其转换为模拟信号,从而使得数字系统与模拟系统能够进行有效的接口连接。
数模转换的原理是根据数字信号的离散性质,在模拟信号上建立相似的离散形式。
常用的数模转换方法有脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation,简称PAM),脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,简称PWM)和脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,简称PPM)等。
这些方法根据传输信号的不同特点,在转换过程中产生连续的模拟信号。
数模转换在很多领域有广泛应用。
例如,在音频领域,将数字音频信号转换为模拟音频信号,使得数字音频可以通过扬声器播放出来。
另外,在电信领域,将数字信号转换为模拟信号后,可以用于传输、调制解调、功率放大等过程。
二、模数转换(ADC)模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟信号具有连续的特点,而数字系统只能处理离散的信号。
因此,当需要将模拟信号用于数字系统时,就需要将其转换为数字形式。
模数转换的原理是通过采样和量化来实现。
采样是将模拟信号在时间上进行离散化,而量化是将采样信号在幅度上进行离散化。
通过这两个过程,可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
模数转换在很多领域都有应用。
例如,在音频领域,将模拟音频信号转换为数字音频信号,使得音频信号可以被数字设备处理和存储。
从模拟到数字:ADC与DAC的工作原理

从模拟到数字:ADC与DAC的工作原理步骤详细并分点列出:一、引言- 介绍ADC(模拟到数字转换器)和DAC(数字到模拟转换器)的基本概念。
- 引出本文的目的是讨论它们的工作原理。
二、ADC的工作原理1. 模拟信号的采样- 解释模拟信号是连续变化的电信号。
- 介绍采样的概念,并列举示波器为例来说明采样的过程。
2. 量化- 解释量化的概念,即将采样信号离散化。
- 介绍量化位数对信号精度的影响。
- 引入比特率的概念,即ADC每秒可以处理的位数。
3. 编码- 解释编码的概念,将量化的数字转换为二进制码。
- 介绍常见的编码方式,如二进制编码和格雷码。
4. 抽样速率- 解释抽样速率的概念,即采样的频率。
- 介绍奈奎斯特抽样定理,即抽样频率必须大于等于信号最高频率的两倍。
5. 整体工作原理- 将以上各个环节连接起来,解释ADC是如何将模拟信号转换为数字信号的。
三、DAC的工作原理1. 数字信号的解码- 解释数字信号的离散性和二进制编码的含义。
- 介绍解码的概念,将二进制码转换为量化的数字。
2. 量化解码- 解释量化解码的概念,将数字信号转换为模拟信号。
- 介绍量化位数和解码精度的关系。
3. 数字信号的重构- 解释数字信号的离散性和抽样频率的含义。
- 介绍重构的概念,将抽样后的数字信号转换为连续变化的模拟信号。
4. 滤波- 解释滤波的概念,去除数字信号中的高频噪声。
- 介绍数字滤波器的作用和常见类型。
5. 整体工作原理- 将以上各个环节连接起来,解释DAC是如何将数字信号转换为模拟信号的。
四、总结- 归纳ADC和DAC的工作原理,强调它们在数字信号处理中的重要性。
- 提醒读者对这些原理有更深入的了解,以应用到实际的电子产品中。
以上只是一份写作范文的建议,您可以根据自己的需求和要求来调整和修改。
DAC_ADC模数及数模转换器的发展综述

DAC_ADC模数及数模转换器的发展综述DAC_ADC模数及数模转换器的发展综述1 概述随着数字技术,特别是计算机技术的飞速发展普及,在现代控制、通讯及检测领域中,对信号的处理⼴泛采⽤了数字计算机技术。
由于系统的实际处理对象往往都是⼀些模拟量(如温度、压⼒、位移、图像等),要使计算机或数字仪表能识别和处理这些信号,必须⾸先将这些模拟信号转换成数字信号;⽽经计算机分析、处理后输出的数字量往往也需要将其转换成为相应的模拟信号才能为执⾏机构所接收。
这样,就需要⼀种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作⽤的电路——模数转换电路或数模转换电路。
能将模拟信号转换成数字信号的电路,称为模数转换器(简称ADC转换器);⽽将能反数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器(简称DAC转换器),ADC转换器和DAC 转换器已经成为计算机系统中不可缺少的接⼝电路。
2 数模转换电路2.1 数模转换电路原理数字量是⽤代码按数位组合起来表⽰的,对于有权码,每位代码都有⼀定的权。
为了将数字量转换成模拟量,必须将每1位的代码按其权的⼤⼩转换成相应的模拟量,然后将这些模拟量相加,即可得到与数字量成正⽐的总模拟量,从⽽实现了数字—模拟转换。
这就是构成DAC转换器的基本思路。
2.2 数模转换电路的主要性能指标DAC转换器的主要性能指标有:转换速度、转换精度、抗⼲扰能⼒等。
在选⽤D/A转换器时,⼀般应根据上述⼏个性能指标综合进⾏考虑。
2.3 ⼆进制加权架构从概念上讲,最简单的DAC采⽤的是⼆进制加权架构,在该架构中,将n个⼆进制加权元件(电流源、电阻器或电容器)进⾏组合以提供⼀个模拟输出(n = DAC分辨率)。
这种架构虽然最⼤限度地减少了数字编码电路,但MSB和LSB加权之间的差异却随着分辨率的增加⽽增⼤,从⽽使得元件的精确匹配变得很困难。
采⽤该架构的⾼分辨率DAC不仅难以制造,⽽且还对失配误差很敏感。
2.4 开尔⽂(Kelvin)分压器架构开尔⽂分压器架构由2的n次⽅个等值电阻器组成,与⼆进制加权法相⽐,这种架构简化了匹配处理(见图1)。
了解电脑音频编解码器什么是DAC和ADC

了解电脑音频编解码器什么是DAC和ADC 了解电脑音频编解码器:什么是DAC和ADC随着科技的不断发展,电子产品的功能越来越强大,其中电脑音频编解码器在我们的日常生活中起到了至关重要的作用。
作为一种将模拟信号转化为数字信号或者将数字信号转化为模拟信号的装置,电脑音频编解码器不仅对于音乐、视频等媒体播放有着举足轻重的作用,同时也广泛应用于通信设备、汽车音响、家庭影音设备等多个领域。
在了解电脑音频编解码器之前,我们首先需要了解两个重要的概念,即DAC和ADC。
DAC代表数字到模拟转换器,简言之就是将数字信号转化为模拟信号的过程;ADC代表模拟到数字转换器,是将模拟信号转化为数字信号的过程。
这两个环节是电脑音频编解码器工作的核心部分,下面我们将详细介绍它们的工作原理和应用。
数字到模拟转换器(DAC)DAC是电脑音频编解码器中至关重要的一个环节,其作用是将以数字形式存在的音频信号转换成模拟形式的电流或电压信号,以传递到扬声器或耳机中进行音频播放。
DAC的工作原理基于采样定理,即根据尼奎斯特(Nyquist)定理,数字音频信号采样的频率必须是原始模拟信号频率的两倍才能完美还原,并通过低通滤波来消除频谱中的高频信号。
这样就可以实现从数字信号到模拟信号的转换,使我们能够听到高质量的音乐。
模拟到数字转换器(ADC)ADC是电脑音频编解码器中另一个重要的环节,它将模拟形式的音频信号转换成数字形式的数据,以在计算机或其他数字设备中进行处理、存储和传输。
ADC的工作原理是通过采样和量化来实现的。
首先,从输入的模拟信号中进行采样,即按照一定的时间间隔测量模拟信号的电压值。
然后,量化这些采样值,将其转换为离散的数字信号。
最后,通过编码器将这些离散的数字信号转换成二进制数据,以便计算机或其他设备进行处理。
DAC和ADC在音频编解码器中的应用音频编解码器中的DAC和ADC通常会集成在一块芯片中,通过相互配合实现音频信号的转换和处理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
DAC_ADC模数及数模转换器的发展综述1 概述随着数字技术,特别是计算机技术的飞速发展普及,在现代控制、通讯及检测领域中,对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。
由于系统的实际处理对象往往都是一些模拟量(如温度、压力、位移、图像等),要使计算机或数字仪表能识别和处理这些信号,必须首先将这些模拟信号转换成数字信号;而经计算机分析、处理后输出的数字量往往也需要将其转换成为相应的模拟信号才能为执行机构所接收。
这样,就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路——模数转换电路或数模转换电路。
能将模拟信号转换成数字信号的电路,称为模数转换器(简称ADC转换器);而将能反数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器(简称DAC转换器),ADC转换器和DAC 转换器已经成为计算机系统中不可缺少的接口电路。
2 数模转换电路2.1 数模转换电路原理数字量是用代码按数位组合起来表示的,对于有权码,每位代码都有一定的权。
为了将数字量转换成模拟量,必须将每1位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量,然后将这些模拟量相加,即可得到与数字量成正比的总模拟量,从而实现了数字—模拟转换。
这就是构成DAC转换器的基本思路。
2.2 数模转换电路的主要性能指标DAC转换器的主要性能指标有:转换速度、转换精度、抗干扰能力等。
在选用D/A转换器时,一般应根据上述几个性能指标综合进行考虑。
2.3 二进制加权架构从概念上讲,最简单的DAC采用的是二进制加权架构,在该架构中,将n个二进制加权元件(电流源、电阻器或电容器)进行组合以提供一个模拟输出(n = DAC分辨率)。
这种架构虽然最大限度地减少了数字编码电路,但MSB和LSB加权之间的差异却随着分辨率的增加而增大,从而使得元件的精确匹配变得很困难。
采用该架构的高分辨率DAC不仅难以制造,而且还对失配误差很敏感。
2.4 开尔文(Kelvin)分压器架构开尔文分压器架构由2的n次方个等值电阻器组成,与二进制加权法相比,这种架构简化了匹配处理(见图1)。
电阻器具有相等的阻值,因此必须对输入进行编码。
输出是通过对2的n次方个开关中的一个进行解码以便将其接入电阻器串的某一特定位置的方法来决定的。
该架构的优点是其所具有的完全单调、电压输出和低干扰(因为在每个代码变换过程中只有两个开关处于操作状态)特性。
如果所有的电阻器都具有相同的阻值,它还将是线性的。
一种相关的电流输出架构采用2的n次方个并联于一个基准电压与虚拟地之间的电流源。
这种架构的主要缺点是它需要大量的电阻器和电流源。
对于8位以上的分辨率,该架构在外形尺寸和匹配方面的劣势令人望而却步。
不过,虽然不适用于较高的分辨率,但此类被称为“全解码型”的架构常被用作更加复杂的“分段式”D AC的积木式部件。
2.5 分段式DAC分段式架构可被用于电流输出和电压输出DAC。
可以对开尔文分压器电路中的解码电阻器两端的电压做进一步的细分以构成一个电压分段式DAC。
这种电压的细分能够通过增设第二个开尔文分压器电路(在这种场合,该架构被称为开尔文-华莱分压器)或采用一种不同的架构来实现(见图2)。
只要每个单独的分段是单调的,则整个DAC的输出都将保持单调。
由于单独的分段具有较低的分辨率,所以容易实现单调性。
分段式架构所带来的额外好处是所需电阻器数量的减少(对于给定的分辨率而言)以及硅片尺寸的压缩。
因此,对高分辨率DAC进行分段是司空见惯的做法。
其总体线性度仍然由电阻器匹配来决定。
2.6 R-2R型电阻网络架构DACR-2R型(即梯形网络)架构简化了电阻器匹配要求,因为当转换系数为2:1时只需要两个电阻器值。
R-2R型架构可被用作一个电压模式或电流模式DAC。
R-2R型电阻网络DAC由于只用R和2R两种阻值的电阻,克服了二进制权电阻DAC阻值范围宽的缺点。
2.6.1 电流模式大多数R-2R电流模式架构基于图3a所示的电路。
一个外部基准被施加于Vref引脚。
R-2R梯形网络将输入电流分割成二进制加权电流。
根据数字输入的不同将这些电流导引至节点1或节点2。
电流输出节点通常与一个被配置为电流-电压转换器的运算放大器相连。
出于匹配的原因,运算放大器反馈电阻器常常被集成在DAC芯片上。
开关始终处于地电位,而且,其额定电压并不影响基准额定电压。
如果开关被设计成能够在两个方向上传输电流,则可将一个AC信号用作基准,从而形成一个复用DAC。
Vref的输入阻抗是恒定的,且与R相等。
该架构的缺点是由运算放大器所引起的反相以及复杂的运算放大器稳定性问题,其原因是DAC输出阻抗会随数字输入的变化而变化。
由于开关直接与输出相连,因此电流模式操作还会导致更加严重的干扰。
2.6.2 电压模式电压模式R-2R型DAC在Vref与地之间对电阻器进行开关操作。
基准电压被施加在节点1上。
梯形网络上的每一级提供一个二进制记数值,输出在梯形网络的末端以累积电压的形式获得(见图3b)。
输出电压具有恒定的阻抗,从而简化了放大器的稳定处理。
一个正基准电压将提供一个正输出,因而使单电源操作成为可能。
最大限度地减轻了由开关电容所产生的干扰。
缺点是基准输入阻抗的变化范围很宽,因此必须采用一个低阻抗基准。
同样,开关的工作电压在地电位至Vref之间,从而限制了基准的容许范围。
对于高分辨率DAC,常见的做法是将一个R-2R梯形网络架构与一个全解码型DAC组合在一个分段式架构中。
比如,16位分辨率的AD7564就是最先采用全解码型4位电阻器串与12位R-2R型架构相组合的DAC之一。
65 536级输出电平被分成16组(每组4096级)。
4位处理部分的单调性是由设计来提供保证的,因此12位R-2R型DAC决定了总体单调性。
与全16位DAC相比,匹配和修整都要容易得多。
分段式架构减少了电阻器总数并简化了高分辨率DAC的修整。
2.7 Σ-Δ型架构Σ-Δ型架构可被用于那些优先考虑线性度(而不是带宽)的DAC(比如音频DAC)。
该架构由一个数字内插滤波器、Σ-Δ调制器和一个1位DAC所组成(见图4)。
内插滤波器接受一个低速率的输入数据流,并通过插入零值来增加某一特定时间段内的总字数,从而提高了DAC的取样率。
滤波器通过内插处理向插入字分配数值,以便将输出频谱中的噪声集中在高频段。
这具有将噪声从频带中排出的作用,从而达到降低带内噪声和提高分辨率的目的。
调制器起一个信号低通滤波器的作用,它将信号转换成一个被馈入1位DAC中的高速位流。
根据位流中“1”和“0”的平均数量的不同,DAC输出将位于正基准电压与负基准电压之间变化。
可由1位DAC(从理论上讲它具有完美的线性)获得非常高的线性度。
转换器的一个主要部分采用数字电路,因而能够保持较小的芯片面积和较低的功耗。
2.8 制造工艺架构并非影响DAC性能的唯一因素。
DAC是由开关、电阻器、放大器和逻辑器件组合而成的。
双极型工艺非常适合于制造低噪声稳定放大器和基准,但需要很大的电路板面积用以布设逻辑器件和开关。
这往往会增加硅片尺寸和成本,但常常又是实现高性能DAC所必需采用的制造工艺。
CMOS工艺则是制造高密度低功耗逻辑器件和开关的理想选择,但不太适用于放大器。
对于要求低功耗和小外形封装的DAC来说,CMOS工艺往往是优选方案。
3 模数转换电路3.1 模数转换技术模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。
采样就是将一个连续变化的信号x(t)转换成时间上离散的采样信号x(n)。
根据奈奎斯特采样定理,对于采样信号x(t),如果采样频率fs大于或等于2fmax(fmax为x(t)最高频率成分),则可以无失真地重建恢复原始信号x(t)。
实际上,由于模数转换器器件的非线性失真,量化噪声及接收机噪声等因素的影响,采样速率一般取fs=2.5fmax。
通常采样脉冲的宽度是很短的,故采样输出是断结的窄脉冲。
要反一个采样输出信号数字化,需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间,这就是保持过程。
量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号,量化的主要问题就是量化误差。
假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的,则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。
编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。
这些过程有些是合并进行的,例如,采样和保持就利用一个电路连续完成,量化和编码也是在转换过程同时实现的,且所用时间又是保持时间的一部分。
实现这些过程的技术有很多,从早在上世纪70年代就出现的积分型到最新的流水线模数转换技术,种类繁多。
由于原理的不同,决定了它们性能特点的差别。
在ADC转换中,因为输入的模拟信号在时间上是连续量,而输出的数字信号代码是离散量,所以进行转换时必须在一系列选定的瞬间(亦即时间坐标轴上的一些规定点上)对输入的模拟信号取样,然后再把这些取样值转换为输出的数字量。
因此,一般的ADC转换过程是通过取样、保持、量化和编码这四个步骤完成的。
取样定理:为了正确无误地用取样信号表示模拟信号,必须满足取样频率至少大于2倍信号的最大频率。
因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间,所以在每次取样以后,必须把取样电压保持一段时间。
可见,进行ADC转换时所用的输入电压,实际上是每次取样结束时的信号值。
量化和编码我们知道,数字信号不仅在时间上是离散的,而且在数值上的变化也不是连续的。
这就是说,任何一个数字量的大小,都是以某个最小数量单位的整倍数来表示的。
因此,在用数字量表示取样电压时,也必须把它化成这个最小数量单位的整倍数,这个转换过程就叫做量化。
所规定的最小数量单位叫做量化单位,用△表示。
显然,数字信号最低有效位中的1表示的数量大小,就等于△。
把量化的数值用二进制代码表示,称为编码。
这个二进制代码就是ADC转换的输出信号。
既然模拟电压是连续的,那么它就不一定能被△整除,因而不可避免的会引入误差,我们把这种误差称为量化误差。
在把模拟信号划分为不同的量化等级时,用不同的划分方法可以得到不同的量化误差。
模数转换技术是现实各种模拟信号通向数字世界的桥梁,作为将模拟信号转换成数字信号的模数转换技术主要有以下几种。
逐次逼近型、积分型、压频变换型等,主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。
分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。
此外,采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC,可应用于广播卫星中的基带解调等方面。
∑-Δ型ADC主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。
下面对各种类型的ADC作简要介绍。
3.2 模数转换电路的主要技术指标(1)、转换时间:完成一次A/D转换所需时间。
(2)、分解度:分解度又称分辨率,是指输出数字量最低有效位为1所需的模拟电压输入值。