ADC和DAC的工作过程分析.doc

ADC、DAC转换器的工作过程分析在含有模拟信号处理与数字信号处理的系统、网络中，会涉及到模拟信号与数字信号处理的问题，在模拟信号与数字信号处理电路中，模拟信号处理部分与数字信号处理部分是不能直接相接、相连的，必需通过接口将此转换为相应的信号，注入在数字电路或模拟电路中，能实现该接口的功能，称之为ADC（模拟数字信号转换器）、DAC（数字模拟信号转换器）；下面将此作一个简单的介绍。如下：1、 DAC转换的工作过程分析。在这里，简单的对T型电阻网络，DAC转换原理，作一个简单的过程分析；电路如下图所示：（图1）T型电阻网络模型，DAC转换器电原理图。（1） 何谓DAC？DAC指的是digital signals analog signals conversion 的英文缩写，意为数字信号模拟信号转换器。（2） DAC的作用、功能？DAC的作用是，将数字信号转换为与之相对应电平（幅值）的模拟信号，送往模拟信号处理电路中处理；从而，实现数字信号转换为模拟信号的接口功能。（3） 实现DAC的方法有哪些？ T型电阻网络方式； 倒T型电阻网络方式； 译码器、芯片转换方式等。（4） DAC的工作过程分析。从上图图1电路中，可以看出，T型电路网络是由T型电阻网络与反相运算器等构成；其d0d3为数字信号注入端，S0S3为数字转换开关；Ur为基准电压； 分析过程如下。当di=0（0、1、2、3）时，则S0S3全部接GND，为地电位0V，这时，输出电压uo=0V。当di=1（0、1、2、3）时，则S0=1（Ur），S1S3接GND， 其等效电路如下：然而，根据戴维南定理，从左至右虚线处等效，可得出等效电路，如下所示：由上图可知，可得出输出电压为uo0：由于di=0001时，即d0=1， 而d3=d3=d1=0，所以上式又可写为：同理，当di=0010时，即d0d1d2d3=0010时，则输出电压uo1为：当di=0100时，即d0d1d2d3=0100时，则输出电压uo2为：当di=1000时，即d0d1d2d3=1000时，则输出电压uo3为：再然后，运用叠加原理，将4个电压分量相叠加，即得到T型电阻网络的输出电压uo总：当Rf=3R时，则上式，又可化简成：在括号中的是4位2进制数按权的展开式，由此可见，输入数字电平被转换为模拟信号电压；而且输出的模拟电压与输入的数字量成正比；当d0d1d2d3=0000时，输出uo=0V；当d0d1d2d3=0001时，uo=-1/16*Ur、；当d0d1d2d3=1111时，输出uo=-15/16*Ur。如果，输入为N位2进制数，则： 2、 ADC转换的工作过程分析。在这里，简单的对逐次逼近式模数转换方式的AD转换过程，作初步的工作过程分析；如下图所示：（图2）逐次逼近式电路模型框图（1） 何谓ADC？ADC指的是analog signals digital signals conversion 的英文缩写，意为模拟信号数字信号转换器。（2） ADC的作用、功能是什么？ADC的作用是，将模拟信号转换为与之相对应逻辑电平的数字信号，送往数字信号处理电路中处理；从而，实现模拟信号转换为数字信号的功能。（3） 实现ADC的方式有哪些？ 逐次逼近式ADC转换方式 积分式ADC转换方式 ADC转换芯片、模块方式等（4） 逐次逼近式的工作过程分析。在顺序脉冲发生器中输出脉冲节拍信号，送往逐次逼近寄存器，逐次逼近寄存器将最高位至1、其它至0，即10000000（例：8位寄存器），经DAC转换后，输出模拟电压；然后，与输入模拟电压比较，若uiuo，则表明转换后的模拟电压不够大，应将至高位1保留，即电压比较器输出高电平0；返回给逐次逼近寄存器保留。这时顺序脉冲信号发生器发出脉冲，逐次逼近式次高位为1，及所保留的至高位为1，送往DAC，转换后输出更大的模拟电压，与输入电压ui比较；如此一直循环直至合适的逻辑电平序列。从图2框图可知，在逐次逼近寄存器输出端，可得到数字信号；该数字信号代表ui间接的通过AD转换后所得出的数字信号，因该数字信号携带有输入模拟信号的原始信息；故、此电路实现了将ui模拟电压转变成数字逻辑电平。（5） 逐次逼近式ADC转换器工作原理解析。如下图所示，4位逐次逼近式AD转换器，下面对此进行解析。（图3）4位逐次逼近式AD转换器设：ui=4.53V，UR=8V；分析过程如下：在转换开始前，先将4位JK触发器清零、复位，将右移环形计数器Q1Q2Q3Q4Q5的原始状态设置为00001。转换开始时，在C脉冲上升沿的到来时，环形计数器右移一位，即Q1Q2Q3Q4Q5=10000，FA的Q端输出1，FB、FC、FD的Q端均输出0，即d1d2d3d4=1000送入4位DAC转换器转换，转换出uo模拟电压为：这时，转换出的uo与ui比较，uiuo，电压比较器输出ua=0；当下一上升沿到来时，环形计数器受 C上升沿节拍信号的控制下，又右移了一位，即Q1Q2Q3Q4Q5=01000，这时，因ua=0，G1=0，Q1=0，FA触发器保留、保持之前的状态（保留高电平1），而Q2=1，FB被至1，即FB输出高电平1，此时，送入AD转换器的电平为1100，经AD转换后，输出更大的模拟电压uo与输入电压ui比较，输出电压uo如下：从上式可知，这时，uoui，电压比较器ua输出1，即ua=1；当下一上升沿到来时，环形计数器又右移了一位，Q1Q2Q3Q4Q5=00100，因ua=1，Q2=0，G1=0，Q1=0，FA保持、保留高电平1，因Q2=0，G5=1，FB至0、复位、去除1；因Q3=1，G6=0，FC至1，这时，d1d2d3d4=1010送入DAC转换器转换，转换后输出uo电压如下：这时，uoui，电压比较器A输出高电平；等下一上升沿到来时，环形计数器又右移了一位，即Q1Q2Q3Q4Q5=00010，这时，Q1、G1均为0，FA保留1；Q2=0，Q3=0，G5=0，FB保持上一状态0；因Q1=0，Q3=0，Q4=1，G6=1，则FC保持翻转，变为0，去除1；因Q4=1，G7=0，FD翻转，Q输出1；这时d1d2d3d4=1001，送入DA转换器转换，输出的模