关于D/A,A/D转换的探讨

摘要：本文探究了D/A，A/D转换器的主要技术指标，比较了各种转换电路的性能特征，最后，分析了A/D与D/A转换器主流工艺技术现状和发展趋势。为系统学习电子技术的有关知识奠定了良好基础，同时为电子设计提供了可靠的理论依据。

关键词：D/A转换器；A/D转换器；模拟量；数字量

中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 14-0017-01

一、转换器综述

随着数字电子技术的飞速发展，尤其是计算机在自动化控制，检测及其他领域中的广泛应用，数字电路处理模拟信号的情况越来越普遍。处理前须将模拟信号转化为数字信号，才能传入数字系统进行处理。最后，信号还要转换成相应的模拟信号，所以D/A，A/D转换十分重要，数据转换器的性能指标决定了信号转换性能。D/A转换器即把数字量转换为模拟量，它主要通过电阻网络，模拟开关和运算放大器将数字量转换成电流，再用加法器将各支部电流相加转换为电压。A/D转换器即将模拟量转换成数字量，转换步骤为取样，保持，量化和编码。

（一）主要技术指标

转换精度，为输出模拟电压实际值与理论值之差，一般用输出电压满刻度的百分数或者是最低有效位数字的倍数来表示。在D/A转换器中通常用分辨率和转换误差来描述转换精度。转换速度，是指输出数字信号建立到输出电压稳定所需时间。在D/A，转换器中是用建立时间tset来定量描述转换速度的。

D/A，A/D转换器实现了模拟数字领域的沟通，微处理器飞速发展也促进了D/A，A/D转换器的迅速发展。D/A，A/D转换速度及精度，随着计算机计算精度的提高也随之提高。在实际中，不仅要选分辨率较高的D/A，A/D转换器，还需考虑参考电源和供电电源的稳定度及环境温度的变化。否则，选用较高分辨率的芯片，也不一定会得到应有的转换精度[1]。

（二）目前A/D、D/A转换器应用

A/D转换器主要应用于计算机，电力电子测量工业，家用电器等领域。作为未来通信的发展方向，软件无线电的灵活性和通用性备受世界关注。A/D转换和D/A转换在软件无线电中起十分重要作用，所以器件选取和电路的设计就十分重要了。

现状：在控制方面和智能仪器中，大多由单片机进行实时控制和处理，检测的对象则为一些变化的模拟量（如温度、电压、电流、电阻、压力、速度流量、等），需将这些模拟量转换为数字量，才能供单片机进行处理，这个过程称为模/数（A/D）转换。目前国外生产的是些大规模集成电路，尤其是混合集成电路、单片A/D转换器和内嵌MCU的A/D，我国也生产出许多A/D芯片，它们与单片机结合可应用于各种领域，产生了良好的经济效益。

目前，集成A/D转换器的发展方向为单片集成化、智能化、多功能、微功耗、高速、高分辨率和高可靠性。

二、D/A转换器

（一）权电阻网络D/A转换器

权电阻网络为一组电阻组成，流过每个接到基准电源UREF上电阻的电流和对应的权位成正比。权电阻网络D/A转换器的优点为电路结构简单，元器件数量较少。但二进制数位较多时，权电阻的转换精度随着其电阻种类的增多数量的增大，效率变低。

（二）倒T型电阻网络D/A转换器

R-2R网络D/A转换器转速速度较高，各支路的电流直接流入运算放大器的反相端，它们之间不存在传输误差，减小了动态过程中输出端可能出现的尖峰脉冲。只涉及两种阻值，因而不仅容易保证电阻网络精度，而且集成化也较容易[2]。

（三）权电流型D/A转换器

T电阻网络D/A转换器具有较高的转换速度，但因流过各支路的电流变化时电路中存在模拟开关电压降，转换差就会产生。进一步提高D/A转换器的精度，可采用该方式的D/A转换。

三、A/D转换器

（一）并行比较型A/D转换器

并行比较型A/D转换器具有高速特点，在所有A/D转换器种类中速度最快。A/D转换器的缺点是分辨率低，适用于转换速度快而精度不高的场所。

（二）串行比较型A/D转换器

串行比较型A/D转换器是将模拟信号依时间顺序通过一连串的比较器。由于后一位的输入结果反映前一位的剩余量，所以这种转换器的转换速率较低，且用的比较器较多。

（三）逐次比较型A/D转换器

逐次比较型A/D转换器，从高位进行比较，最低位进行转换，转化的时间随着数字化的位数越多而增多，转化速度比并行比较型A/D转换器低些。

（四）双积分型A/D转换器

双积分型A/D转换器，采用电压转换成时间，再将时间转化成数字的间接转换方法。输入信号是被积函数积分的行式，积分电路响应为输入信号的平均值，因此输入信号脉冲抗干扰能力强。另外，在两次积分内，只要元件RC参数不发生瞬时改变，转换结果就与RC值无关，因此对元件稳定性要求不太高，但正是因为积分，转换时间相对长些，而且第二次积分还不能固定，顾此方法只能用于低速场合。

四、A/D与D/A转换器主流工艺技术现状和发展趋势

继第一块采用双极工艺制作的单片集成数据转换器AD571后，单片机工艺每次的技术进步都推动了A/D、D/A转换器的发展，促进了A/D、D/A转化器器件尺寸的减小及性能的提高。A/D、D/A转化器也在朝向高速，高精度，高分辨率，低功耗的方向发展，尤其后两者是满足新型的电池供电设备十分重要的属性要求。

IC产业对数据转换器的高要求，促使A/D、D/A转换器逐渐发展为高速，高精度，高分辨率，低压，低功耗。而其抗干扰性，线性度，动态范围及芯片尺寸等指标也在其性能优化中起着关键作用。在工艺方面，分为各种工艺纵向发展或者是各种工艺相互融合，前者通过新的技术手段，逐步提高工艺能力，在各个的领域发展其所长，CMOS工艺发展无疑潜力最大，在制作高速高精度A/D、D/A转换器方面具有较大优势；而纯双极工艺将很难有所发挥。后者则形成性能互补，各种技术结合使用，来提高电路的综合性能，如SiGe、SOI、应变硅等技术相互结合[3]。

参考文献：

[1]纪宗南.集成A/D转换器应用技术和使用电路[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2]雨宫好文.小柴典居数字电路[M].北京:科学出版社,2000.

[3]韩卫敏,杨永晖.A/D与D/A转换器主流工艺技术现状和发展趋势[J].微电子学,2008.