什么是A/D变换器

什么是A/D、D/A转换器？它们的作用是什么？~

A/D转换器是模拟信号转为数字信号的转换器。
A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号。
A/D转换要经过取样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。
数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC。一种将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量（或参考量）为基准的模拟量的转换器，作用是把数字量转变成模拟的器件。

扩展资料：
模数转换的方法从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类：
1、直接法是直接将电压转换成数字量。
它使用数模网络输出的一组参考电压，从高电平位置一点一点地重复与测量电压进行比较，直到两者达到或接近平衡。
直接逐位比较转换器(direct bit-by-bit comparative converter)是一种具有高转换精度的高速数模转换电路，但其抑制干扰的能力较差。它通常通过提高数据放大器的性能来补偿。它最常用于计算机接口电路。
2、间接法不将电压直接转换成数字，而是首先转换成某一中间量,再由中间量转换成数字。常用的有电压-时间间隔(V/T)型和电压-频率(V/F)型两种，其中电压-时间间隔型中的双斜率法（又称双积分法）用得较为普遍。
参考资料来源：百度百科-转换器 （A/D转换器）

将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称a/d转换器或adc,analog to digital converter）.
模数转换器是连接模拟和数字世界的一个重要接口。A/D转换器将现实世界的模拟信号变换成数字位流以进行处理、传输及其他操作。
A/D转换器的选择是至关重要的。所选择的A/D转换器应能确保模拟信号在数字位流中被准确地表示，并提供一个具有任何必需的数字信号处理功能的平滑接口，这一点很重要。
目前的高速A/D转换器已被应用于各种仪表、成像以及通信领域中。对用户而言，所有这些应用都有着相似的要求，即以较低的价格实现更高的性能。

在选择高速A/D转换器时，设计师必须考虑下面几个因素：
● 终端系统的要求
● 成本
● 分辨率或精度
● 速度
● 性能
对终端系统要求的清晰了解将简化A/D转换器的选择过程。在某些场合，它可以把所需考虑的选择参数限制为屈指可数的几个。例如，很多超声波应用采用的是每个通道需要一个A/D的数字光束成形系统。对于一个具有多达256个通道的系统而言，具有多通道和低功耗的A/D转换器是一个合适的选择。

对于8进制A/D转换器来说，超声波应用是主要的终端应用。位于A/D之后的DSP或ASIC所使用的电源电压也是必需加以考虑的。越来越多的高速A/D将采用3V、2.5V和1.8V的工作电源。价格是始终需要考虑的因素。如今的转换器设计师正在制作性价比更为优越的A/D。

速度与分辨率的关系
目前的高速A/D最初是按速度和分辨率进行分类的。转换器的速度是指A/D能够进行转换的取样速率或每秒的取样数量。对于高速A/D来说，速度以百万取样每秒(Msps)为计量单位。
分辨率是指转换器能够复制的位数精度：分辨率越高，则结果越精确。分辨率以位来计量。目前市场上的高速A/D的分辨率为8～16位，速度为2～4Gsps。速度和分辨率始终是一对矛盾。分辨率的增加通常会导致可实现速度的降低。
如今的A/D设计师拥有更快的处理方法和更多的架构以便从中选择有助于解决速度和分辨率这一对矛盾的转换器：目前已有16位 20 Msps、10位 300 Msps和8位 1Gsps的A/D。高速A/D的常用架构有闪存型（flash）、半闪存型（semi-flash）、SAR型和流水线型四种。
SAR型 A/D通常具有10～16位的分辨率。SAR的架构基于一个比较器。若要获得n位的分辨率，逐次逼近转换器就必须执行n次比较器操作，并把每一次的结果都存储在寄存器中。一个12位转换器需要12个时钟周期来完成一次转换。这种转换器的优点是硅片尺寸小、功耗低且精度高。缺点是取样速度慢，输入带宽低。
闪存型A/D的分辨率被限制为8位。闪存型A/D的架构基于比较器组，总共有2n-1个比较器。一个8位A/D需要256个比较器。闪存型A/D可并行执行多个转换，因此能达到非常高的速度。闪存型A/D的优点是高输入带宽和非常高的速度（达到1～4Gsps）。缺点是功耗大、输入电容大且分辨率低。
流水线型A/D可提供12～16位分辨率。流水线型A/D由无数个连续的级组成，每一级都包括一个跟踪/保持（T/H）电路、一个低分辨率A/D和D/A以及一个包含用于提供增益的级间放大器的加法电路。流水线型A/D的优点在于功耗低，取样速率能达到100～300Msps。缺点是这种A/D要求50%的占空因数以及最小的时钟频率。
一旦确定了合适的速度/分辨率组合，设计师仍然能够从市场上的几百种A/D中选出最合适的一个。对终端应用更为深入的了解将揭示对附加性能的要求。用于评定A/D的最常用性能参数如下：
● 信噪比（SNR）
● 信号与噪声加失真之和之比（SINAD）
● 无寄生动态范围（SFDR）
● 差分线性误差（DNL或DLE）
● 积分线性误差（INL或ILE）
● 有效位数（ENOB）
● 增益误差
● 功耗

成像应用
医学成像应用通常要求取样速率高于40Msps的10～12位A/D。高端应用可能要求更高的分辨率：14～16位。A/D的性能对于图像质量是至关重要的。对于DBF超声波应用而言，其目标是以最小的功耗和最低的成本提供最佳的图像质量。
ENOB是用于评价图像质量的一个关键参数。对于一个10位转换器而言，ENOB越接近10，图像的再现质量越好。关注的频率通常在10～20MHz之间。观察A/D的ENOB与频率的关系曲线（见图1），理想的情况是曲线在所关注的带宽内保持平坦。
如果未提供曲线，则可根据SINAD与频率的关系曲线以及下面的公式推导出ENOB与频率的关系：6.02n + 1.76 = SINAD，这里，n代表ENOB。例如：图1中的曲线示出了一个10位A/D（SPT7883）的SINAD性能。在10和20MHz条件下计算出的SINAD值分别为60dB和59dB。解出方程中的n值，即可得出10MHz和20MHz时的ENOB分别为9.67和9.5。

仪表应用
数据采集应用需要取样速率高于20Msps的14～16位A/D。一般而言，仪表应用采用了品种更加繁多的数据转换器。转换器的选择对终端应用的依存程度很高。
例如，取样示波器对电压输入进行取样并绘出一幅输出波形。在这种情况下，8～10位的分辨率便足够了，但是需要更高的速度（＞20Msps），以便能以更快的速度进行取样。为精确地显示电压，精度、偏移增益和线性度也是关键因素。

通信应用
通信应用需要取样速率高于80Msps的12～14位A/D。A/D对复杂的波形进行数字化，这样，利用一个DSP或ADIC就能执行解调操作。通常采用两个A/D对正交信号进行取样，以抽取用于处理的I和Q信号分量。
在基带取样应用中，转换器的动态性能并不重要，这是因为被抽样的是低频和带限信号。由于信号分量是直流，因此诸如增益和偏移等技术参数是重要的。例如，如果基带转换器具有较大的直流偏差，这将表现为直接叠加在有用信号上的未调制载波。如果信号足够大，它将完全阻断所需的载波。
A/D的INL和DNL性能也会限制接收机的性能。通常情况下，DNL被认为是产生A/D量化噪声的根源之一。但是，在很小的信号电平（位于或接近接收机的基准信号灵敏度）下，DNL误差会在A/D中导致视在增益误差，从而引发高达6dB的误差。基带A/D可以是低成本、低功耗和低取样速率的器件。
在IF取样应用中，所有的RF信号都被转换成较低的频率以便于检波。大多数2G、2.5G和3G应用的IF频率均介于150～250MHz之间。A/D必须具有较快的时钟速率和非常宽的输入带宽。
SNR和SFDR也是至关重要的规格。WCDMA应用采用一个多载波平台以同时对几百个信号进行数字化。重要的是转换器不能产生干扰有用信号的寄生信号。这些寄生信号可能表现为谐波或交调分量，它们将导致接收机性能的劣化。

A/D变换器是将模拟量(Analog)转变为数字量(Digital)的半导体元件。从CCD获取的电信号是对应于图像明暗的模拟信号，就是说图像由暗到亮的变化可以用从低到高的不同电平来表示，它们是连续变化的，即所谓模拟量。

A/D变换器的工作是将模拟量数字化，例如将0至1V的线性电压变化表示为0至9的10个等级的方法是:0至小于0.1V的所有电压都变换为数字0、0.1至小于0.2V的所有电压都变换为数字1……0.9至小于1.0V的所有电压都变换为数字9。实际上，A/D变换器能够表示的范围远远大于 10，通常是2^8=256、2^10=1024或者2^12=4096。

如果扫描仪说明书上标明的灰度等级是10bit，则说明这个扫描仪能够将图像分成1024个灰度等级，如果标明色彩深度为30bit，则说明红、绿、蓝各个通道都有1024个等级。显然，该等级数越高，表现的彩色越丰富。

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城贫艾亭： 就把相应于该转换器易于识别的模拟信号状态转换成数字信号,相当于在模拟信号和数字信号之间起翻译的作用. 比如,如果电路中有二种电压,低电压为直接对地短路的近似0伏,高电压为3伏左右,那就可以把高电压转换为数字电路中的1,低电压转换为数字电路中的0,转换器就在工作周期内就根据接收到的电压的变化,在输出端输出相应的数字信号. D/A转换器则是反过来.

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