模/数转换的规范化简介

电子系统中用来连接数字部件与模拟部件的信息转换装置。用以实现数字信号和模拟信号的相互转换的装置，统称为数据转换器。数-模转换器简称D/A，模-数转换器简称 A/D。数据转换器用途很多。数字技术和微处理机在信息处理、测量、通信和自动控制系统等领域里的广泛应用需要信息转换技术，于是数据转换器成为电子系统的关键构件之一。70年代初出现的集成化数据转换器，大多是用混合和单片集成电路工艺实现的。

数字信息通常是用二进制代码表示;模拟信息通常是用电压或者电流表示。在一些设计中，两种信息之间的转换具有线性关系。图1是三位二进制数-模和模-数转换器的传输特性。它包含8个模拟电平量级与8个数码一一对应。而一个位二进制代码则对应 2个模拟量级。在数-模转换器中不能产生两个量级之间的输出电平;在模-数转换器中,处于两个量级之间的模拟输入电平被转换为相同的数码。因而代码的位数表征转换器的分辨率，即信息转换的精细程度。

数-模和模-数转换器 这方面的转换技术主要有 R-2R梯形电阻网络方式与小数二进制权电流方式两种(图2)。并行二进制输入数码的每一位驱动对应的一个开关，使它接地或接输出端，以产生相应的输出电流分量。权电流方式常用于双极型转换器。它允许直接输出电流和采用电流型逻辑电路驱动开关，以获得高的响应速度。R-2R网络方式常用于CMOS转换器。高分辨率转换器常需要同时采用几种技术，以减小芯片的面积和保证有足够的精度。

数-模和模-数转换器 由于各位输入数码不能同时达到和结束，或者各个开关本身的延迟时间不同，转换过程通常伴随着瞬态尖峰干扰,通常称为"毛刺",须采用一些新的无"毛刺"转换技术以满足某些应用场合的严格要求。

主要有积分式转换、逐次逼近转换和并行比较转换三种。

① 积分式转换器:由积分器、比较器、计数器、时钟发生器和控制电路构成。在几种积分方法中常用双斜率法。积分式转换器具有高的分辨率和低的噪声灵敏度，并且只占用较小的芯片面积。但转换速度低，主要用于数字电压表一类测量仪器。

② 逐次逼近转换器:由比较器、逐次逼近寄存器和数-模转换器构成。它对输入量与数-模转换器的输出量进行比较。后者按时钟节拍从高位到低位逐次逼近,直至二者的差别小于最低位量值。逐次逼近转换器有高的转换精度和速度，主要用于数据采集和通信系统。

③ 并行转换器:由比较器阵列组成(图3)。位数码需要用2个比较器。输入信号同时送至所有的比较器输入端。然而每个比较器的参考电平都不相同，分为2个量级，由电阻串分压器供给。输入电压值落入某个量级区间时，此量级以下的比较器输出逻辑"1"信号，而其余的比较器则输出逻辑"0"信号。比较器阵列的输出经过编码电路转换为标准二进制代码输出。并行转换器属于大规模集成。例如，一个双极型10位转换器，它有1024个比较器，包含几万个元件,占用芯片面积约1厘米。它具有极高的转换速度,主要用于雷达、电视图像和波形存储等高速信息处理系统。

数-模和模-数转换器

模拟量转换成数字量的过程被称为模数转换，简称A/D(Analog to Digital)转换；完成模数转换的电路被称为 A/D 转换器，简称 ADC(Analog to Digital Converter)。 数字量转换成模拟量的过程称为数模转换， 简称 D/A(Digital to Analog)转换；完成数模转换的电路称为D/A转换器，简称DAC(Digital to Analog Converter)。模拟信号由传感器转换为电信号，经放大送入 AD 转换器转换为数字量，由数字电路进行处理，再由 DA转换器还原为模拟量，去驱动执行部件。为了保证数据处理结果的准确性， AD转换器和DA转换器必须有足够的转换精度。同时，为了适应快速过程的控制和检测的需要，AD转换器和 DA转换器还必须有足够快的转换速度。因此，转换精度和转换速度乃是衡量 AD转换器和 DA转换器性能优劣的主要标志。