模数与数模转换基础：D/A和A/D转换器解析

"本章主要介绍了数/模转换（D/A）和模/数转换（A/D）的基本原理、主要技术指标以及几种常用的集成电路，包括D/A转换器和A/D转换器的分类和工作原理，并详述了权电阻网络D/A转换器、倒T型电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器以及具有双极性输出的D/A转换器。" 在电子工程领域，数模转换和模数转换是两种至关重要的转换技术，它们使得数字系统和模拟系统能够互相通信。数模转换器（D/A Converter，DAC）将数字信号转换为模拟信号，而模数转换器（Analog-Digital Converter，ADC）则执行相反的操作，将模拟信号转化为数字信号。 7.1 概述 数模和模数转换器广泛应用于各种系统中，如传感器和执行机构的接口，以及信号处理和控制系统。例如，传感器通常会检测到诸如温度、压力、流量和速度等非电量信号，这些信号需要通过ADC转换成数字信号以便于处理和分析。而数字信号经过DAC转换成模拟信号后，可以驱动执行机构来控制物理量。 7.2 D/A转换器 D/A转换器的工作原理基于权值概念，它将二进制输入数据转换为与之对应的电压或电流输出。常见的D/A转换器类型包括： - 权电阻网络D/A转换器：利用不同阻值的电阻网络来实现不同权重的电压分压。 - 倒T型电阻网络D/A转换器：其结构基于倒置的T形电阻网络，提供更稳定的输出。 - 权电流型D/A转换器：通过不同的电流源来实现权重分配。 - 具有双极性输出的D/A转换器：能够输出正负两种极性的模拟信号。 7.2.1 D/A转换器工作原理 D/A转换器的一般结构包含一个求和放大器和多个权重元素。当输入数字信号（D）变化时，这些权重元素（如电阻或电流源）会相应地改变输出电压的比例，从而得到与输入数据成比例的模拟电压。 7.2.2 权电阻网络D/A转换器 这种类型的D/A转换器利用一个基准电压和一组与二进制位对应的电阻网络。每个电阻的阻值与对应的二进制位的权重成正比。当输入数字信号改变时，通过不同的电阻分压路径，求和放大器会输出相应的模拟电压。 7.2.3 倒T型电阻网络D/A转换器 倒T型网络通过调整T型电阻网络的支路来实现不同权重的电压输出。相比于权电阻网络，它具有更好的线性和温度稳定性。 7.2.4 权电流型D/A转换器 权电流型D/A转换器使用电流源来实现权重分配，每个二进制位对应一个电流源，总输出电流是所有电流源的和，进而转换为电压输出。 7.3 A/D转换器 A/D转换器的种类包括反馈比较型、并联比较型和直接型等，它们的工作原理主要基于比较和采样保持技术，用于将连续变化的模拟信号转换为离散的数字表示。 在实际应用中，选择合适的D/A或A/D转换器要考虑其主要技术参数，如转换精度（位数）、转换速率、线性误差、失调电压、增益误差和电源抑制比等。集成的D/A和A/D转换器芯片提供了方便的解决方案，它们通常具有高集成度、低功耗和易于使用的特点。 数模和模数转换电路在现代电子系统中扮演着核心角色，确保数字系统和模拟世界的无缝交互。理解其基本原理和技术指标对于设计和分析电子系统至关重要。