数字式可编程增益控制与ADC、DAC转换

本文主要介绍了数字式可编程增益控制电路以及数字逻辑中的数/模(DAC)和模/数(ADC)转换器的基本概念、工作原理和应用。 在图9-5所示的数字式可编程增益控制电路中，通过不同的a1至a10的状态，可以改变输出IO与输入Ii的比例关系。当每个控制位a等于1时，输出IO相对于输入Ii的增益是2的相应次幂减1。例如，当a1=1时，IO=2-1Ii，即IO=Ii；若a2=1，则IO=2-2Ii，即IO=0.5Ii。这种电路常用于需要灵活调整放大倍数的系统，如信号调理电路或数据采集系统。 模/数转换器(ADC)是将模拟信号转换为数字信号的电路，它在许多领域都有广泛的应用，例如传感器数据采集、音频和视频处理等。ADC转换的结果是数字信号，可以直接被计算机处理。然而，计算机处理后的数字信号通常需要转换回模拟信号，以便于控制实际的物理设备，这就需要用到数/模转换器(DAC)。 数/模转换器(DAC)的作用是将数字信号转换为与之成比例的模拟量。n位DAC能够输出2^n个不同的模拟电平，因此其分辨率取决于位数。例如，一个4位DAC可以输出0到5V之间8个不同的电压值，而一个8位DAC则能输出256个不同电压值，具有更高的分辨率。DAC通常由电阻网络、模拟电子开关和求和运算放大器等部分组成。其中，二进制权电阻DAC是一种常见的实现方式，通过不同权重的电阻网络和开关控制，将数字信号转换为相应的电压输出。 在二进制权电阻DAC中，每个二进制位对应一个电阻，且每个电阻的值是前一个电阻的两倍。当某位为1时，对应的电流会流入求和运算放大器，通过所有位的电流求和，最终得到与输入数字量成比例的模拟电压输出。例如，对于一个3位的DAC，当输入为101时，对应的模拟电压是REF*(1/4 + 1/8)，其中REF是参考电压。 ADC和DAC在现代电子系统中扮演着至关重要的角色，它们使得数字系统能够与现实世界的模拟信号相互作用，是数字化处理和控制的核心组成部分。ADC用于将连续变化的模拟信号转换为离散的数字表示，而DAC则将这些数字信息还原为连续的模拟信号，以驱动各种控制系统和设备，如显示器、示波器和打印机等。