数字与模拟信号转换：A/D与D/A转换器详解

本讲义主要探讨的是数模转换与模数转换电路在现代信息技术中的重要角色。随着计算机技术的快速发展，模拟信号处理在控制、通信和检测等领域变得越来越依赖于数字技术。为了使计算机能够理解和处理模拟信号，如温度、压力、图像等，模数转换器（A/D转换器）应运而生，它们负责将连续的模拟信号转化为离散的数字信号。另一方面，处理后的数字信号有时需要返回到模拟形式以驱动执行机构，这就需要用到数模转换器（D/A转换器）。 A/D转换器的基本原理是基于数位编码，通过赋予每个二进制位相应的权重，将数字量转换为与其成比例的模拟量。例如，一个3位D/A转换器可以将数字信号映射到特定范围的电压输出。图9.1—1展示了D/A转换器的工作流程，输入的二进制数字决定输出电压的大小，而图9.1—2则直观地展示了这个转换过程。 在集成电路中，常见的D/A转换器设计包括倒T形电阻网络，如四位倒T形电阻网络。这种设计中，模拟开关S0~S3配合R-2R电阻网络和运算放大器构成的结构，使得电流通过2R电阻不受开关状态影响，从而确保了转换的精度。通过分析这种电阻网络，我们可以看到每个节点的等效电阻都是R，这在电路设计中至关重要。 另一方面，D/A转换器（如图9.1—3所示）的工作原理涉及模拟开关的选择，根据输入的二进制数据决定电阻网络的连接方式，进而生成对应的模拟电压输出。这种转换器在计算机系统中作为数字与模拟信号之间的桥梁，对于数据的处理和传输具有不可或缺的作用。 总结来说，本章内容深入介绍了A/D转换器和D/A转换器的电路结构、工作原理以及它们在现代技术中的实际应用，这对于理解和利用数字信号处理技术至关重要。无论是从理论层面还是实践操作，理解数模转换电路都是掌握信息技术的关键环节。