模拟到数字转换：ADC与DAC基础

"ADC_DAC基础知识.pdf" ADC (模拟到数字转换器) 和 DAC (数字到模拟转换器) 是电子工程中的关键组件，它们是连接模拟世界与数字世界的重要桥梁。ADC将连续变化的模拟信号转化为离散的数字信号，而DAC则执行相反的过程，将数字信号转换回模拟信号。 A/D转换器的基本工作流程包含几个主要步骤：首先，抗混迭滤波器用于滤除输入信号中高于采样率一半的频率成分，以防止高频信息混入较低频率区域，这称为混迭现象。接着，抽样-保持电路在时钟脉冲的控制下对输入模拟信号进行瞬时采样，使信号变为离散的时间序列。然后，量化过程将抽样值近似为最接近的二进制数值，这个过程中产生的误差被称为量化噪声。最后，编码电路将量化后的二进制数字转换为特定的数字代码输出。 A/D转换的原理基于离散逼近，由于数字量的有限性，转换后的数字信号无法完全复制原始模拟信号，导致一定失真。这个失真可以用峰值信噪比(SNRP)来衡量，公式为SNRP=6.02m+1.76dB，其中m是量化比特数。 D/A转换器的原理相对简单，它接收数字输入，然后通过解码和电压或电流生成电路将这些数字转换成模拟电压或电流。转换过程中同样涉及量化，但通常是在数字域内完成，例如通过多阶DAC结构或者R-2R电阻网络实现。 对于高速ADC设计，流水线结构是一种常见的解决方案，它通过将转换过程分解为多个阶段来提高转换速率，每个阶段处理一部分转换任务，从而实现高速输出。而高精度A/D转换器通常采用Delta-Sigma（ΔΣ）架构，该架构通过高采样率和低分辨率的内部转换器，结合数字滤波器来实现高精度的输出。 抽样方法分为三种：基带抽样（奈奎斯特抽样）、带通抽样和过抽样。基带抽样要求抽样频率至少为输入信号最高频率的两倍，以避免混迭。带通抽样适用于带通信号，但可能导致较高的抽样频率。过抽样则是以远超奈奎斯特频率的抽样率进行采样，以减小量化噪声并简化后端滤波器的设计。 ADC和DAC的知识涉及信号处理、数字电子学和滤波理论等多个领域，是理解和设计现代数字系统的基础。了解它们的工作原理和性能指标对于电子工程师来说至关重要。