隨著數(shù)字技術(shù),特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與普及,在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)等領(lǐng)域,為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo),對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量(如溫度、壓力、位移、圖像等),要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別、處理這些信號(hào),必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣,就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路--模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
為確保系統(tǒng)處理結(jié)果的精確度,a/d轉(zhuǎn)換器和d/a轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度;如果要實(shí)現(xiàn)快速變化信號(hào)的實(shí)時(shí)控制與檢測(cè),a/d與d/a轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量a/d與d/a轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。 隨著集成技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)已研制和生產(chǎn)出許多單片的和混合集成型的a/d和d/a轉(zhuǎn)換器,它們具有愈來(lái)愈先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。
如果ccd的質(zhì)量能夠滿足一定色彩位數(shù)的要求,為了獲得相應(yīng)的輸出效果,就要求有相應(yīng)位數(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣,才能獲得滿意的效果,如果ccd可以實(shí)現(xiàn)36位精度,卻使用了三個(gè)8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器,結(jié)果輸出出來(lái)就只剩下24位的數(shù)據(jù)精度了,這對(duì)于ccd是一種浪費(fèi),而如果使用三個(gè)16位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器,是實(shí)現(xiàn)了48位的數(shù)據(jù)輸出,但效果與36位比較并無(wú)改善,對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器就是一種浪費(fèi)了。
1. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的系統(tǒng),一般用低通濾波即可以實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號(hào)先進(jìn)行解碼,即把數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電平,形成階梯狀信號(hào),然后進(jìn)行低通濾波。
根據(jù)信號(hào)與系統(tǒng)的理論,數(shù)字階梯狀信號(hào)可以看作理想沖激采樣信號(hào)和矩形脈沖信號(hào)的卷積,那么由卷積定理,數(shù)字信號(hào)的頻譜就是沖激采樣信號(hào)的頻譜與矩形脈沖頻譜(即sa函數(shù))的乘積。這樣,用sa函數(shù)的倒數(shù)作為頻譜特性補(bǔ)償,由數(shù)字信號(hào)便可恢復(fù)為采樣信號(hào)。由采樣定理,采樣信號(hào)的頻譜經(jīng)理想低通濾波便得到原來(lái)模擬信號(hào)的頻譜。
一般實(shí)現(xiàn)時(shí),不是直接依據(jù)這些原理,因?yàn)榧怃J的采樣信號(hào)很難獲得,因此,這兩次濾波(sa函數(shù)和理想低通)可以合并(級(jí)聯(lián)),并且由于這各系統(tǒng)的濾波特性是物理不可實(shí)現(xiàn)的,所以在真實(shí)的系統(tǒng)中只能近似完成。
2. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng),是一個(gè)濾波、采樣保持和編碼的過(guò)程。
模擬信號(hào)經(jīng)帶限濾波,采樣保持電路,變?yōu)殡A梯形狀信號(hào),然后通過(guò)編碼器,使得階梯狀信號(hào)中的各個(gè)電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。
3. 比較器是將兩個(gè)相差不是很小的電壓進(jìn)行比較的系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的比較器就是運(yùn)算放大器。
我們知道,運(yùn)算放大器在連有深度負(fù)反饋的條件下,會(huì)在線性區(qū)工作,有著增益很大的放大特性,在計(jì)算時(shí)往往認(rèn)為它放大的倍數(shù)是無(wú)窮大。而在沒(méi)有反饋的條件下,運(yùn)算放大器在線性區(qū)的輸入動(dòng)態(tài)范圍很小,即兩個(gè)輸入電壓有一定差距就會(huì)使運(yùn)算放大器達(dá)到飽和。如果同相端電壓較大,則輸出最大電壓,一般是+12v;如果反相端電壓較大,則輸出最小電壓,一般是-12v。這樣,就實(shí)現(xiàn)了電壓比較功能。真正的電壓比較器還會(huì)增加一些外圍輔助電路,加強(qiáng)性能。