這樣學習【數-模轉換】

這樣學習【數-模轉換】

作者：閆永成   QQ：793805481

概述

  顧名思義，數模轉換就是把數字信號轉換爲模擬信號，而模數轉換就是把模擬信號轉換爲數字信號。

  在數字電路中，通常進行處理的信號都是數字信號，而一些被測量的物理量，如壓力、溫度、流量等，通常都是模擬信號，所以這些模擬信號經過模數轉換器轉換成數字量後，才能送給計算機（數字系統）中進行加工處理。而有時處理後獲得的輸出數據又要經過數模轉換變成電壓、電流等模擬量送回物理系統，對系統物理量進行調節和控制。

可以藉助下邊電爐控制系統進行理解：

數模轉換

DAC：將二進制信號轉換成模擬信號，輸出電壓（或電流）。 此時，DAC可以看作譯碼器。

  目前使用最廣泛的D/A轉換技術有權電阻網絡DAC、T型電阻網絡的DAC和權電流網絡DAC等。

權電阻網絡DAC

  這裏以4位權電阻網絡D/A轉換器爲例，如下圖所示。它由基準電壓源V_REF、權電阻網絡、4個模擬開關和放大器組成。

電阻網絡的各個電阻值與二進制的權值相對應，電子模擬開關受輸入的各位數字信號控制，當數字輸入爲1時，開關連接到V_REF；當數字輸入爲0時，開關接地。求和放大器A把各支路電流相加，通過反饋電阻R_F轉換成輸出模擬電壓V_o。 關於放大器的知識，可以參考這裏。

可以看到，權位越高對應權電阻越小。

注意：u_o與V_REF相反，所以若要使u_o爲+，則可以讓V_REF爲-

優點：簡單
缺點：當位數增多時，權電阻阻值範圍越來越大。這樣一方面權電阻阻值種類太多，集成電路製造困難；另一方面，各位電阻與二進制數成反比，所以對高位權電阻的精度和穩定性要求較高，給生產帶來了一定的困難。

倒T型電阻網絡DAC

  爲了克服權電阻網絡D/A轉換器中電阻阻值相差太大的缺點，又研製了一種倒T型電阻網絡DAC~

  可以看到此時電阻網絡只有R和2R兩種電阻阻值的電阻。

  由電路分析的知識，可以求得：不論模擬開關偏向那邊，流過電阻的電流都是一定的（由虛斷和虛斷，開關接那邊都相當於接地），可簡化電阻網絡部分如下圖所示~


需要注意的是：I₀、I₁、I₂、I₃的值是一定的，但其是否接入求和電流還是由二進制數的各位決定的（決定模擬開關偏向那邊）。

由負反饋可以求得：V_O= -R_FI_Σ

可以看到如果R_F=R時，最終結果式中R可以直接消去，即與R的取值無關。但同樣需要注意的是R的取值在電路設計中是否合理。

特點：當開關位置改變時，開關上的電平變化很小，並且各支路電流不發生變化，具有的動態開關尖峯電流小，轉換速度快的優點。

權電流網絡DAC

  倒T型電阻網絡DAC的優點是很明確的，但仍不可避免地要產生開關導通壓降，而引起轉換誤差。爲了克服這一缺點，採用下圖所示電流源~

權電流網絡DAC的原理與倒T型電阻網絡DAC相同，此處不再贅述。
至於恆流源的實現電路經常使用下圖所示的電路結構。只要保證電路在工作時V_B和V_EE不變，則三極管的集電極電流即可保持不變，不受開關電阻的影響。

所以，一種實用的權電流網絡的D/A轉換器如圖所示：

雙極性輸出的DAC

偏移碼是自然二進制碼經過偏移而得到的一種雙極性碼，由補碼符號位取反得到，在轉換器中是一種最爲實用的雙極性碼。有關碼制不太理解的可以參考這裏。

對於雙極性輸出的D/A轉換器的輸入是一種二進制補碼（最高位加一個反相器即爲偏移碼），輸出是轉換的電壓信號，即對應上表的第三列和第一列。
因此，要使偏移碼爲100時輸出爲0，則需要此時I_B與I_Σ抵消，即應取偏移電流I_B。
一種常見的設計如圖所示：

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