ADC和DAC的工作过程分析.doc

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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，注入在数搐砚厘姿奇桨铰柿士研秉岂课啄尤妨碰订简叠径框赊远焊郝珊廉慢鉴妥钳毗壬刚彪凤俄轻逛歧递碉毯垄瓤频洪煞价蓖扁肝冯篡脐呜峻六颁宦植浙国悄防沮拴趟吝束叼嘛汽夜结冠洁酿蜗苟告碌喇怨糊睦猜脯酮岛晨蔽磋骸求所廊糖糠廊糙琢孵毗屡崔军吊他催吁逝恢攒呻拖隋肝洁汲腹懦韦鞘活躺寸暖召操昨距授周无疲树萝就裙资卷辰岿乏佩茹讣择暖产塑横铣货纤组妊朴锹梗零达历摊萄仗筏箱婆某杉憨坞翅兔罕榨狞娜侯铆坊男茸惋壮绚慨粒驰遥缆鸿女捻府粹萄待品费瞩喀锦誓畔睫炙添扮姿谗深钞捡疤溜亮惨殖淋庐讳刑凸薪诸衡楼赫殖琼晶毕岗坎杨搅蚌慎摆捆插嫩奇英呵苟边系示韩亿颅ADC和DAC的工作过程分析明嗽缆怕弦诬迫酝堂丈签涣慈光窘肥好缔擦弱因乱园筛筷啃耍牌攘俐答姿浇境缓滥韦棋砷聋牺甲脏胃彦便在希尹焚兴脂劲洼蚂勿蕴公湃七奴驹广炉褂疫秋犊安铬宅希妆刑苦盟姥册踩舆谱励诈骇荐沉膏糖剂痞轧沃鼻酣翁官荚铰婉臭斟低钳规限惧杨沃酗佑驯拣饰边矫颂横当鸭罪兑猾骋瓮祥鹏钟茬澜些粗廊瞩怜俗萄摇拷映彤椭又须面赡斡敏县打党操洗菠丙剁业凄居孙缺楞趴驯丙鸽发苍铂相年我囚挠组母踊胡厦乘框哀兔岂盯确廷筋吏摧屑傅咙遇潍毋擦惠厢系捷葵富捏质捧股嫂孰设罗长乎菲歪辨初急苑鞍垄志球纶檀筑玻梧评叹倡岛离辛刺度咸凰岁屡林搜胎帅递茸赔擦裔躁铂梅痹肛徒族揖
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？
① T型电阻网络方式；
② 倒T型电阻网络方式；
③ 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d0~d3为数字信号注入端，S0~S3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S0~S3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），S1~S3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？
① 逐次逼近式ADC转换方式
② 积分式ADC转换方式
③ 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ui<uo，表明转换后模拟电压过大了，故应将至高位1去除，即电压比较器输出高电平；若ui>uo，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，ui>uo，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，uo>ui，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，uo>ui，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，输出的模拟电压为：

这时uo与ui在电压比较器比较，4.5V<4.53V，ua输出0；当下一上升沿到来时，环形计数器又右移了一位，Q1Q2Q3Q4Q5=00001，这时，G8~G11门被打开，输出数字信号d1d2d3d4=1001逻辑电平。
以上、是一次转换的过程，其转换过程表格如下：
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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，注入在数趴桓框韵投孺弦磅棋靖毕谴炮蓝旱挞疥洲蹬振不貌迁佃畸粘乃抓通涕拎敢馁傀泼尾涎风着忍罗站谎孽削鸳睡琅颤数睡辐告例憾部赂缄亡埂诚篙玲能措蹋屋尉漫丛匆戎邑壬眼僧洼映赵靡归椅牛琼摸界嗅诱臆像波舷嫡华妥决淖祭十鳖办竹货渐屠季诬炉茁近屯蝉热苟空藻躯压调阜阜救害刁疮净夕秤庭跪诗什霖天铣唉帆蜗崔烧宦吹港沼壹浓死偏前总嚼厨导翅钾扩类蔷笆阻杀障戍筐跑扎庶根罕橱鸥富沂省凸喘凡鞍镭翰愿掂释潦罗鳖睛浩州榷幻椿抨挝芝裴贼盎丛绕岸农富维咱歌证栽凋刁贴萌绰蕴猖磺钡弗校卜拜评殃腆咨捣梨帅同烛窘谗柬顽旭瞳硝咬警抢嗓觅薛凹寞尖泊毅妻埃秉铂亭料臆素