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模数转换器（A/D）
- 定义与功能
  - 模数转换器（Analog - to - Digital Converter，简称 A/D 或 ADC）是一种用于将模拟信号转换为数字信号的电子设备或电路。其主要功能是对连续变化的模拟信号（如电压、电流等）进行采样，并将采样值量化为数字代码，使得模拟信号能够在数字系统（如计算机、数字信号处理器等）中进行存储、处理和传输。例如，在音频录制过程中，麦克风输出的模拟音频信号需要通过模数转换器转换为数字信号，才能被存储在数字音频设备中。
- 工作原理
  - 采样：按照一定的时间间隔对模拟信号进行采样，获取模拟信号在各个采样时刻的瞬时值。采样频率决定了对模拟信号的采样精细程度，根据奈奎斯特 - 香农采样定理，为了能够完整地恢复原始模拟信号，采样频率至少应该是模拟信号最高频率的两倍。例如，对于一个最高频率为 1kHz 的模拟信号，采样频率至少需要 2kHz。
  - 量化：将采样得到的模拟信号瞬时值转换为离散的数字值。这是通过将模拟信号的幅度范围划分为多个量化区间来实现的，每个量化区间对应一个特定的数字代码。量化过程会引入量化误差，量化误差的大小取决于量化区间的大小和量化方法。
  - 编码：将量化后的数字值转换为数字系统能够识别和处理的二进制代码。常用的编码方式有二进制补码、格雷码等。
- 主要类型
  - 逐次逼近型（SAR）ADC：这是一种比较常见的模数转换器类型。它通过逐次比较模拟输入信号与内部的参考电压来确定数字输出。这种类型的 ADC 具有中等的转换速度和较高的分辨率，适用于许多对精度要求较高的中速数据采集应用，如工业过程控制、仪器仪表等。
  - 积分型 ADC：利用积分器对模拟输入信号进行积分，然后通过比较积分结果与参考电压来实现转换。积分型 ADC 的优点是抗干扰能力强，特别是对于电源噪声等低频干扰有很好的抑制作用，常用于对精度要求极高的低速信号转换，如数字电压表等设备。
  - 闪速型（Flash）ADC：具有非常高的转换速度，它通过并行比较多个参考电压与模拟输入信号来实现快速转换。但是，这种类型的 ADC 分辨率相对较低，且随着分辨率的提高，电路复杂度和成本会急剧增加，主要应用于对速度要求极高的场合，如高速通信、雷达信号处理等。
- 主要特性
  - 分辨率：指模数转换器能够分辨的最小模拟信号变化量，通常用位数来表示。例如，一个 12 位的 ADC 能够分辨出的最小电压变化量比一个 8 位的 ADC 更小，分辨率更高。分辨率决定了转换后的数字信号能够精确表示模拟信号的程度。
  - 转换速度：即单位时间内能够完成的模数转换次数，通常用每秒转换次数（Samples per Second，SPS）来衡量。转换速度的快慢决定了 ADC 能够处理模拟信号的频率范围，对于高速变化的模拟信号，需要具有高转换速度的 ADC。
  - 线性度：描述了 ADC 的输出数字代码与输入模拟信号之间的线性关系程度。良好的线性度可以确保转换后的数字信号能够准确地反映模拟信号的变化，减少失真。
- 应用领域
  - 音频处理领域：在音频录制和播放设备中，将模拟音频信号转换为数字音频信号进行存储和处理，或者将数字音频信号转换回模拟音频信号进行播放。例如，在数字音频工作站、MP3 播放器等设备中都离不开模数转换器。
  - 通信领域：用于将接收到的模拟通信信号（如射频信号、基带信号等）转换为数字信号，以便在数字通信系统中进行处理，如在手机基站、通信终端等设备中。
  - 工业测量与控制领域：对各种工业传感器输出的模拟信号（如温度、压力、流量等）进行转换，然后将数字信号输入到控制器或计算机中进行分析和控制，实现工业过程的自动化控制。
数模转换器（D/A）
- 定义与功能
  - 数模转换器（Digital - to - Analog Converter，简称 D/A 或 DAC）是将数字信号转换为模拟信号的电子设备或电路。其主要功能是将数字系统中的数字代码转换为与之对应的连续模拟信号（如电压、电流等），使得数字信号能够驱动模拟设备（如扬声器、电机等）或者用于模拟系统的控制。例如，在音频播放系统中，存储在数字设备中的数字音频信号需要通过数模转换器转换为模拟音频信号，才能驱动扬声器发出声音。
- 工作原理
  - 解码：首先对输入的数字信号进行解码，确定每个数字代码所对应的模拟信号值。这是基于数模转换器内部的解码电路来实现的，不同的解码方式会产生不同的模拟输出。
  - 转换：根据解码得到的模拟信号值，通过电阻网络、电容网络或其他转换电路将数字信号转换为模拟信号。例如，在常用的二进制加权电阻网络数模转换器中，通过不同阻值的电阻与数字信号的各位相连接，根据数字信号各位的值来控制电流的分配，从而产生模拟电压输出。
- 主要类型
  - 二进制加权电阻型 DAC：这种类型的 DAC 利用二进制加权电阻网络来实现数字信号到模拟信号的转换。它的结构相对简单，原理直观，但随着分辨率的提高，电阻的取值范围会变得很宽，导致电阻精度难以保证，并且对温度等环境因素比较敏感。
  - R - 2R 梯形电阻型 DAC：通过 R - 2R 电阻梯形网络进行转换，它的优点是电阻取值只有两种，便于实现高精度的匹配，并且对温度等环境变化的敏感度较低。这种类型的 DAC 在中高精度的数模转换应用中比较常见。
  - 电流输出型 DAC：主要输出电流信号，通过外部的负载电阻可以将电流信号转换为电压信号。这种类型的 DAC 具有较高的转换速度和较好的线性度，常用于需要快速转换和高精度的应用场合。
- 主要特性
  - 分辨率：与模数转换器类似，数模转换器的分辨率也是用位数来表示，它决定了能够输出的模拟信号的精细程度。高分辨率的 DAC 可以输出更精确的模拟信号，更准确地还原数字信号所代表的模拟内容。
  - 转换速度：衡量单位时间内能够完成数模转换的次数，对于一些需要实时输出模拟信号的应用（如音频播放、视频显示等），需要具有较高转换速度的 DAC。
  - 线性度：反映了 DAC 输出的模拟信号与输入的数字信号之间的线性关系程度，良好的线性度可以确保模拟信号能够准确地根据数字信号进行变化，避免信号失真。
- 应用领域
  - 音频和视频领域：在音频播放和视频显示设备中，将数字音频和视频信号转换为模拟信号，驱动扬声器和显示器等模拟设备。例如，在家庭影院系统、高清电视等设备中，数模转换器起着关键作用。
  - 自动化控制领域：用于将数字控制系统输出的数字控制信号转换为模拟控制信号，以驱动电机、阀门等模拟执行机构，实现对工业过程、机器人运动等的控制。
  - 仪器仪表领域：在一些需要模拟信号输出的仪器（如信号发生器）中，数模转换器用于根据用户设置的数字参数产生相应的模拟信号，用于测试和校准等用途。