關(guān)于D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理特點(diǎn)以及采樣率解析

隨著全球多樣化的發(fā)展，我們的生活也在不斷變化著，包括我們接觸的各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你一定不知道這些產(chǎn)品的一些組成，比如D/A轉(zhuǎn)換器。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器，也稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱DAC，是一種將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的設(shè)備。 D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4部分組成，即加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、參考電源和模擬開(kāi)關(guān)。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器一般用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是A/D轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱ADC。 它是一種將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)的設(shè)備。

D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理

數(shù)字量用數(shù)字碼組合表示。對(duì)于正確的代碼，每個(gè)代碼都有一定的比特權(quán)重。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，需要將每個(gè) 1 位代碼根據(jù)其位權(quán)重的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加得到與數(shù)字量。從而實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。這是數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思想。

D/A轉(zhuǎn)換器由數(shù)字寄存器、模擬電子開(kāi)關(guān)電路、解碼網(wǎng)絡(luò)、求和電路和參考電壓組成。數(shù)字量以串行或并行方式輸入并存儲(chǔ)在數(shù)字寄存器中。數(shù)字寄存器輸出的數(shù)字分別控制相應(yīng)位的模擬電子開(kāi)關(guān)，使位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上按其權(quán)重成比例產(chǎn)生編號(hào)為1的位。求和電路對(duì)電流值加上各種權(quán)重，得到數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。

構(gòu)成和特點(diǎn)

DAC主要由數(shù)字寄存器、模擬電子開(kāi)關(guān)、位置電源網(wǎng)絡(luò)、求和運(yùn)算放大器和參考電壓源(或恒流源)組成。利用存儲(chǔ)在數(shù)字寄存器中的數(shù)字位分別控制相應(yīng)位的模擬電子開(kāi)關(guān)，使數(shù)字為1的位在位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生與位權(quán)成正比的電流值，再由運(yùn)放控制每個(gè)電流值相加并轉(zhuǎn)換為電壓值。

根據(jù)位加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的不同，可以形成不同類型的DAC，例如加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC，R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和單值電流型網(wǎng)絡(luò)DAC。加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的轉(zhuǎn)換精度取決于參考電壓VREF，以及模擬電子開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器和各個(gè)加權(quán)電阻值的精度。其缺點(diǎn)是每個(gè)配重電阻的阻值不同。當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，電阻值相差很大，給保證精度帶來(lái)很大的困難，特別是對(duì)于集成電路的生產(chǎn)。因此，集成DAC這個(gè)電路很少單獨(dú)使用。

它由若干個(gè)相同的R和2R網(wǎng)絡(luò)段組成，每個(gè)段對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入位。節(jié)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)形成倒T形網(wǎng)絡(luò)。 R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC是一種工作速度更快、應(yīng)用范圍更廣的DAC。與加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)相比，由于只有R和2R兩個(gè)阻值，克服了加權(quán)電阻阻值大，阻值差大的缺點(diǎn)。電流型 DAC 將恒流源切換到電阻網(wǎng)絡(luò)。恒流源的內(nèi)阻很大，相當(dāng)于開(kāi)路。因此，與電子開(kāi)關(guān)一起，其轉(zhuǎn)換精度相對(duì)較小。飽和的 ECL 開(kāi)關(guān)電路使該 DAC 能夠?qū)崿F(xiàn)高速轉(zhuǎn)換和高轉(zhuǎn)換精度。

采樣率模擬信號(hào)在時(shí)域上是連續(xù)的，因此可以轉(zhuǎn)換成一系列在時(shí)間上連續(xù)的數(shù)字信號(hào)。這需要定義一個(gè)參數(shù)來(lái)指示從模擬信號(hào)中采樣的新數(shù)字信號(hào)的速率。這個(gè)速率稱為轉(zhuǎn)換器的采樣率或采樣頻率。

它可以采集連續(xù)變化和帶寬受限的信號(hào)(即每隔一段時(shí)間測(cè)量并存儲(chǔ)一個(gè)信號(hào)值)，然后通過(guò)插值將轉(zhuǎn)換后的離散信號(hào)恢復(fù)為原始信號(hào)。這個(gè)過(guò)程的準(zhǔn)確性受到量化誤差的限制。但是，只有當(dāng)采樣率高于信號(hào)頻率的兩倍時(shí)，才能忠實(shí)地還原為原始信號(hào)。這個(gè)規(guī)律反映在采樣定理中。

由于實(shí)際的模數(shù)轉(zhuǎn)換器不能進(jìn)行完整的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，因此在輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中必須使用一些額外的方法來(lái)保持其恒定。通常使用采樣保持電路。在大多數(shù)情況下，可以使用電容器來(lái)存儲(chǔ)輸入模擬電壓，并且可以使用開(kāi)關(guān)或門電路來(lái)關(guān)閉和斷開(kāi)電容器與輸入信號(hào)的連接。許多模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路已經(jīng)在內(nèi)部包含這樣的采樣保持子系統(tǒng)。

在研究設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定會(huì)有這樣或著那樣的問(wèn)題，這就需要我們的科研工作者在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能促進(jìn)產(chǎn)品的不斷革新。