數-模和模-數轉換器

電子系統中用來連接數字部件與模擬部件的信息轉換裝置。用以實現數字信號和模擬信號的相互轉換的裝置，統稱為數據轉換器。數-模轉換器簡稱D/A，模－數轉換器簡稱 A/D。數據轉換器用途很多。數字技術和微處理機在信息處理、測量、通信和自動控制系統等領域裏的廣泛應用需要信息轉換技術，於是數據轉換器成為電子系統的關鍵構件之一。70年代初出現的集成化數據轉換器，大多是用混合和單片集成電路工藝實現的。

數字信息通常是用二進制代碼表示；模擬信息通常是用電壓或者電流表示。在一些設計中，兩種信息之間的轉換具有線性關係。圖1是三位二進制數－模和模-數轉換器的傳輸特性。它包含8個模擬電平量級與8個數碼一一對應。而一個位二進制代碼則對應 2個模擬量級。在數－模轉換器中不能產生兩個量級之間的輸出電平；在模-數轉換器中,處於兩個量級之間的模擬輸入電平被轉換為相同的數碼。因而代碼的位數表徵轉換器的分辨率，即信息轉換的精細程度。

數-模和模-數轉換器這方面的轉換技術主要有 R-2R梯形電阻網絡方式與小數二進制權電流方式兩種（圖2）。並行二進制輸入數碼的每一位驅動對應的一個開關，使它接地或接輸出端，以產生相應的輸出電流分量。權電流方式常用於雙極型轉換器。它允許直接輸出電流和採用電流型邏輯電路驅動開關，以獲得高的響應速度。R-2R網絡方式常用於CMOS轉換器。高分辨率轉換器常需要同時採用幾種技術，以減小芯片的面積和保證有足夠的精度。

數-模和模-數轉換器由於各位輸入數碼不能同時達到和結束，或者各個開關本身的延遲時間不同，轉換過程通常伴隨着瞬態尖峯干擾,通常稱為“毛刺”,須採用一些新的無“毛刺”轉換技術以滿足某些應用場合的嚴格要求。

主要有積分式轉換、逐次逼近轉換和並行比較轉換三種。

①　積分式轉換器:由積分器、比較器、計數器、時鐘發生器和控制電路構成。在幾種積分方法中常用雙斜率法。積分式轉換器具有高的分辨率和低的噪聲靈敏度，並且只佔用較小的芯片面積。但轉換速度低，主要用於數字電壓表一類測量儀器。

②　逐次逼近轉換器：由比較器、逐次逼近寄存器和數-模轉換器構成。它對輸入量與數-模轉換器的輸出量進行比較。後者按時鐘節拍從高位到低位逐次逼近,直至二者的差別小於最低位量值。逐次逼近轉換器有高的轉換精度和速度，主要用於數據採集和通信系統。

③ 並行轉換器：由比較器陣列組成（圖3）。位數碼需要用2個比較器。輸入信號同時送至所有的比較器輸入端。然而每個比較器的參考電平都不相同，分為2個量級，由電阻串分壓器供給。輸入電壓值落入某個量級區間時，此量級以下的比較器輸出邏輯“1”信號，而其餘的比較器則輸出邏輯“0”信號。比較器陣列的輸出經過編碼電路轉換為標準二進制代碼輸出。並行轉換器屬於大規模集成。例如，一個雙極型10位轉換器，它有1024個比較器，包含幾萬個元件,佔用芯片面積約1釐米。它具有極高的轉換速度,主要用於雷達、電視圖像和波形存儲等高速信息處理系統。

數-模和模-數轉換器