1、什么是轉(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（簡稱轉(zhuǎn)換器或）;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（簡稱轉(zhuǎn)換器或）;轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺俚慕涌詰緶貳為確保系統(tǒng)處理結(jié)果的精確度，轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度；如果要實(shí)現(xiàn)快速變化信號的實(shí)時(shí)控制與檢測，與轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量與轉(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和轉(zhuǎn)換器，它們具有愈來愈先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。為轉(zhuǎn)換的作用是將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字信號，因此，轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4

2、個(gè)過程。在實(shí)際電路中，這些過程有的是合并進(jìn)行的，例如，取樣和保持，量化和編碼往往都是在轉(zhuǎn)換過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。為取樣和保持為為為為為為取為樣為是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散的模擬量。取樣過程示意圖如圖11.所示。圖（）為取樣電路結(jié)構(gòu)，其中，傳輸門受取樣信號控制，在的脈寬T期間，傳輸門導(dǎo)通，輸出信號VO為輸入信號V而在（T）期間，傳輸門關(guān)閉，輸出信號VO。電路中各信號波形如圖（）所示。TG孫一wSO)取.樣1電路結(jié)構(gòu)KhAu心。（E）iLt圖取樣電路中的信號波形通過分析可以看到，取樣信號的頻率愈高，所取得信號經(jīng)低通濾波器后愈能真實(shí)地復(fù)現(xiàn)輸入信號。但帶來的問題是數(shù)據(jù)量增大，為保證有合適的取

3、樣頻率，它必須滿足取樣定理。取樣定理：設(shè)取樣信號的頻率為，輸入模擬信號的最高頻率分量的頻率為，則與必須滿足下面的關(guān)系三,工程上一般取f將取樣電路每次取得的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號都需要一定時(shí)間，為了給后續(xù)的量化編碼過程提供一個(gè)穩(wěn)定值，每次取得的模擬信號必須通過保持電路保持一段時(shí)間。取樣與保持過程往往是通過取樣-保持電路同時(shí)完成的。取樣-保持電路的原理圖及輸出波形如圖11.8所.示2。取.樣2-保持電路原理圖圖11.8取.樣2-保持電路波形圖電路由輸入放大器、輸出放大器、保持電容和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路組成。電路中要求具有很高的輸入阻抗，以減少對輸入信號源的影響。為使保持階段上所存電荷不易泄放，也應(yīng)具有較高

4、輸入阻抗，還應(yīng)具有低的輸出阻抗，這樣可以提高電路的帶負(fù)載能力。一般還要求電路中1現(xiàn)結(jié)合圖來分析取樣保持電路的工作原理。在時(shí)，開關(guān)閉合，電容被迅速充電，由于，因此v0V，在時(shí)間間隔內(nèi)是取樣階段。在時(shí)刻斷開。若的輸入阻抗為無窮大、為理想開關(guān)，這樣可認(rèn)為電容沒有放電回路，其兩端電壓保持為V0不變，圖中到的平坦段，就是保持階段。取樣保持電路以由多種型號的單片集成電路產(chǎn)品。如雙極型工藝的有、6混合型工藝的有、等。量化與編碼數(shù)字信號不僅在時(shí)間上是離散的，而且在幅值上也是不連續(xù)的。任何一個(gè)數(shù)字量的大小只能是某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。為將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在轉(zhuǎn)換過程中，還必須將取樣-保持電路的輸出電

5、壓，按某種近似方式歸化到相應(yīng)的離散電平上，這一轉(zhuǎn)化過程稱為數(shù)值量化，簡稱量化。量化后的數(shù)值最后還需通過編碼過程用一個(gè)代碼表示出來。經(jīng)編碼后得到的代碼就是轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。量化過程中所取最小數(shù)量單位稱為量化單位，用表示。它是數(shù)字信號最低位為時(shí)所對應(yīng)的模擬量，即S在量化過程中，由于取樣電壓不一定能被整除，所以量化前后不可避免地存在誤差，此誤差稱之為量化誤差，用表示。量化誤差屬原理誤差，它是無法消除的。轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，各離散電平之間的差值越小，量化誤差越小。在在在在量在化過程常采用兩種近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。在在只舍不入量化方式以位轉(zhuǎn)換器為例，設(shè)輸入信號的變化范圍為V

6、采用只舍不入量化方式時(shí)，取1量化中不足量化單位部分舍棄，如數(shù)值在之間的模擬電壓都當(dāng)作，用二進(jìn)制數(shù)表示，而數(shù)值在之間的模擬電壓都當(dāng)作,用二進(jìn)制數(shù)表示這種量化方式的最大誤差為厶。2四舍五入量化方式如采用四舍五入量化方式，則取量化單位厶，量化過程將不足半個(gè)量化單位部分舍棄,對于等于或大于半個(gè)量化單位部分按一個(gè)量化單位處理。它將數(shù)值在之間的模擬電壓都當(dāng)作對待，用二進(jìn)制表示，而數(shù)值在之間的模擬電壓均當(dāng)作，用二進(jìn)制數(shù)00表示等。在3比較采用前一種只舍不入量化方式最大量化誤差丨I而采用后一種有舍有入量化方式丨I，后者量化誤差比前者小，故為多數(shù)轉(zhuǎn)換器所采用。轉(zhuǎn)換器的種類很多，按其工作原理不同分為直接轉(zhuǎn)換器和間

7、接轉(zhuǎn)換器兩類。直接轉(zhuǎn)換器可將模擬信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，這類轉(zhuǎn)換器具有較快的轉(zhuǎn)換速度，其典型電路有并行比較型轉(zhuǎn)換器、逐次比較型轉(zhuǎn)換器。而間接轉(zhuǎn)換器則是先將模擬信號轉(zhuǎn)換成某一中間電量時(shí)間或頻率，然后再將中間電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出。此類轉(zhuǎn)換器的速度較慢，典型電路是雙積分型轉(zhuǎn)換器、電壓頻率轉(zhuǎn)換型轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的功能是把模擬量變換成數(shù)字量。由于實(shí)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)出種類繁多的轉(zhuǎn)換芯片。轉(zhuǎn)換器按分辨率分為位、位、位、位、位、位和碼的位、位等。按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間W）n次超高速（P）,高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間M）,低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間M）等。轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為直接轉(zhuǎn)換器和間接轉(zhuǎn)換器。所謂直接轉(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。其中逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，易于用集成工藝實(shí)現(xiàn)，且能達(dá)到較高的分辨率和速度，故目前集成化芯片采用逐次逼近型者多；間接轉(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(shí)間轉(zhuǎn)換型