關于D/A，A/D轉換的探討

摘要：本文探究了D/A，A/D轉換器的主要技術指標，比較了各種轉換電路的性能特征，最后，分析了A/D與D/A轉換器主流工藝技術現狀和發展趨勢。為系統學習電子技術的有關知識奠定了良好基礎，同時為電子設計提供了可靠的理論依據。

關鍵詞：D/A轉換器；A/D轉換器；模擬量；數字量

中圖分類號：TN702 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 14-0017-01

一、轉換器綜述

隨著數字電子技術的飛速發展，尤其是計算機在自動化控制，檢測及其他領域中的廣泛應用，數字電路處理模擬信號的情況越來越普遍。處理前須將模擬信號轉化為數字信號，才能傳入數字系統進行處理。最后，信號還要轉換成相應的模擬信號，所以D/A，A/D轉換十分重要，數據轉換器的性能指標決定了信號轉換性能。D/A轉換器即把數字量轉換為模擬量，它主要通過電阻網絡，模擬開關和運算放大器將數字量轉換成電流，再用加法器將各支部電流相加轉換為電壓。A/D轉換器即將模擬量轉換成數字量，轉換步驟為取樣，保持，量化和編碼。

（一）主要技術指標

轉換精度，為輸出模擬電壓實際值與理論值之差，一般用輸出電壓滿刻度的百分數或者是最低有效位數字的倍數來表示。在D/A轉換器中通常用分辨率和轉換誤差來描述轉換精度。轉換速度，是指輸出數字信號建立到輸出電壓穩定所需時間。在D/A，轉換器中是用建立時間tset來定量描述轉換速度的。

D/A，A/D轉換器實現了模擬數字領域的溝通，微處理器飛速發展也促進了D/A，A/D轉換器的迅速發展。D/A，A/D轉換速度及精度，隨著計算機計算精度的提高也隨之提高。在實際中，不僅要選分辨率較高的D/A，A/D轉換器，還需考慮參考電源和供電電源的穩定度及環境溫度的變化。否則，選用較高分辨率的芯片，也不一定會得到應有的轉換精度[1]。

（二）目前A/D、D/A轉換器應用

A/D轉換器主要應用于計算機，電力電子測量工業，家用電器等領域。作為未來通信的發展方向，軟件無線電的靈活性和通用性備受世界關注。A/D轉換和D/A轉換在軟件無線電中起十分重要作用，所以器件選取和外圍電路的設計就十分重要了。

現狀：在控制方面和智能儀器中，大多由單片機進行實時控制和處理，檢測的對象則為一些變化的模擬量（如溫度、電壓、電流、電阻、壓力、速度流量、等），需將這些模擬量轉換為數字量，才能供單片機進行處理，這個過程稱為模/數（A/D）轉換。目前國外生產的是些大規模集成電路，尤其是混合集成電路、單片A/D轉換器和內嵌MCU的A/D，我國也生產出許多A/D芯片，它們與單片機結合可應用于各種領域，產生了良好的經濟效益。

目前，集成A/D轉換器的發展方向為單片集成化、智能化、多功能、微功耗、高速、高分辨率和高可靠性。

二、D/A轉換器

（一）權電阻網絡D/A轉換器

權電阻網絡為一組電阻組成，流過每個接到基準電源UREF上電阻的電流和對應的權位成正比。權電阻網絡D/A轉換器的優點為電路結構簡單，元器件數量較少。但二進制數位較多時，權電阻的轉換精度隨著其電阻種類的增多數量的增大，效率變低。

（二）倒T型電阻網絡D/A轉換器

R-2R網絡D/A轉換器轉速速度較高，各支路的電流直接流入運算放大器的反相端，它們之間不存在傳輸誤差，減小了動態過程中輸出端可能出現的尖峰脈沖。只涉及兩種阻值，因而不僅容易保證電阻網絡精度，而且集成化也較容易[2]。

（三）權電流型D/A轉換器

T電阻網絡D/A轉換器具有較高的轉換速度，但因流過各支路的電流變化時電路中存在模擬開關電壓降，轉換差就會產生。進一步提高D/A轉換器的精度，可采用該方式的D/A轉換。

三、A/D轉換器

（一）并行比較型A/D轉換器

并行比較型A/D轉換器具有高速特點，在所有A/D轉換器種類中速度最快。A/D轉換器的缺點是分辨率低，適用于轉換速度快而精度不高的場所。

（二）串行比較型A/D轉換器

串行比較型A/D轉換器是將模擬信號依時間順序通過一連串的比較器。由于后一位的輸入結果反映前一位的剩余量，所以這種轉換器的轉換速率較低，且用的比較器較多。

（三）逐次比較型A/D轉換器

逐次比較型A/D轉換器，從高位進行比較，最低位進行轉換，轉化的時間隨著數字化的位數越多而增多，轉化速度比并行比較型A/D轉換器低些。

（四）雙積分型A/D轉換器

雙積分型A/D轉換器，采用電壓轉換成時間，再將時間轉化成數字的間接轉換方法。輸入信號是被積函數積分的行式，積分電路響應為輸入信號的平均值，因此輸入信號脈沖抗干擾能力強。另外，在兩次積分內，只要元件RC參數不發生瞬時改變，轉換結果就與RC值無關，因此對元件穩定性要求不太高，但正是因為積分，轉換時間相對長些，而且第二次積分還不能固定，顧此方法只能用于低速場合。

四、A/D與D/A轉換器主流工藝技術現狀和發展趨勢

繼第一塊采用雙極工藝制作的單片集成數據轉換器AD571后，單片機工藝每次的技術進步都推動了A/D、D/A轉換器的發展，促進了A/D、D/A轉化器器件尺寸的減小及性能的提高。A/D、D/A轉化器也在朝向高速，高精度，高分辨率，低功耗的方向發展，尤其后兩者是滿足新型的電池供電設備十分重要的屬性要求。

IC產業對數據轉換器的高要求，促使A/D、D/A轉換器逐漸發展為高速，高精度，高分辨率，低壓，低功耗。而其抗干擾性，線性度，動態范圍及芯片尺寸等指標也在其性能優化中起著關鍵作用。在工藝方面，分為各種工藝縱向發展或者是各種工藝相互融合，前者通過新的技術手段，逐步提高工藝能力，在各個的領域發展其所長，CMOS工藝發展無疑潛力最大，在制作高速高精度A/D、D/A轉換器方面具有較大優勢；而純雙極工藝將很難有所發揮。后者則形成性能互補，各種技術結合使用，來提高電路的綜合性能，如SiGe、SOI、應變硅等技術相互結合[3]。

參考文獻：

[1]紀宗南.集成A/D轉換器應用技術和使用電路[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]雨宮好文.小柴典居數字電路[M].北京：科學出版社，2000.

[3]韓衛敏，楊永暉.A/D與D/A轉換器主流工藝技術現狀和發展趨勢[J].微電子學，2008.