数模转换方法和电路与设计方案
本技术公开了一种数模转换方法和电路，所述方法包括如下步骤：对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据；基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片；对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。本技术方法实现了在现有传统红外光谱测试设备基础上对数字化输出进行转换，变为传统的输出形式，从而实现利用现有设备来进行测试，取得了积极的技术效果。
权利要求书
1.一种数模转换方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据；
基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片；
对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述并行解码数据，包括：标准并行数据和时钟信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给DA转换芯片，包括：
在帧率低于给定阈值的情况下，基于FPGA程序将所有所述标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片；
在帧率高于给定阈值的情况下，基于FPGA程序选取指定位数的标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给DA转换芯片，还包括：
将FPGA降频至所述DA转换芯片可转换的时钟范围，并将帧起始信号、行起始信号和所述时钟信号经过隔离后进行信号输出。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出，包括：
通过运放电路对所述DA转换芯片输出的数据信号进行输出范围调节和驱动增强后进行模拟输出。
6.一种数模转换电路，其特征在于，所述电路包括：
图像解码电路，用于对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据；
FPGA芯片电路，用于基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片；
DA转换电路，用于对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述并行解码数据，包括：标准并行数据和时钟信号。
8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述FPGA芯片电路，用于，
在帧率低于给定阈值的情况下，基于FPGA程序将所有所述标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片；
在帧率高于给定阈值的情况下，基于FPGA程序选取指定位数的标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片。
9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述FPGA芯片电路，还用于，将FPGA降频至所述DA转换芯片可转换的时钟范围，并将帧起始信号、行起始信号和所述时钟信号经过隔离后进行信号输出。
10.如权利要求9所述的电路，其特征在于，所述DA转换电路还包括运放电路，所述运放电路用于对所述DA转换芯片输出的数据信号进行输出范围调节和驱动增强。
技术说明书
一种数模转换方法和电路
技术领域
本技术涉及数字化红外焦平面探测器光谱响应测试技术领域，尤其涉及一种数模转换方法和电路。
背景技术
红外焦平面探测器光谱响应测试，是红外焦平面测试环节中的重要组成部分，只有对光谱响应进行了准确测试，才可以绘制出相对光谱响应曲线，获知对应的前后截止波长和峰值波长，进而得到光谱因子。对上述几个指标进行了准确测试后，才可以用于平均峰值探测率、平均峰值响应率和量子效率等指标的计算。其测试结果的有无和准确性在很大程度上决定了红外焦平面测试指标的完整性和准确性。在传统红外焦平面探测器测试中，由于其输出为模拟电压，有成熟的红外焦平面探测器相对光谱响应曲线测试设备，可以对其光谱响应进行测试。但是对于数字化红外焦平面探测器，由于其读出电路内部结构不同，像素级数字化有单路输出，并行十几路输出；列级数字化又是差分LVDS输出，这样的输出差异导致了市面上没有通用型数字化红外焦平面探测器光谱测试设备，而探测器的光谱响应又是探测器的重要测试指标，对于改进探测器工艺和用户使用有很大的指导意义。
红外焦平面光谱响应测试方法有两种：(1)单色仪方法：在红外焦平面探测器窗口与黑体辐射面之间加装单色仪，探测器窗口通过反射镜接收单色仪分出的红外光，窗口与反射镜之间的距离在20cm-50cm之间，然后选取一个有效通道进行测试；(2)傅里叶光谱仪方法：红外焦平面探测器窗口对准傅里叶光谱测试仪的出光口，窗口与出光口之间的距离在2cm-10cm之间，选取一个有效通道进行测试，对该通道采集的信号进行傅里叶变换，输出光谱曲线。
图1为红外光谱响应测试的原理图，由傅里叶光谱仪、光谱仪控制模块、被测探测器、探测器驱动电路、信号采集与处理模块、计算机等组成。其中，光谱仪控制模块和信号采集处理模块从属于傅里叶光谱仪，构成完整的红外光谱响应测试设备。但该设备只具备模拟输出型红外探测器的信号采集能力，不能对数字化输出信号进行采集，导致了研发的很多款数字化红外探测器的红外光谱不具备测试条件。红外光谱测试设备属于高精尖设备，尤其是数字化光谱测试，目前只有国外的几家厂商开发出了能够对数字化红外探测器光谱进行测试的设备，但价格昂贵，不易买到。
因此研发一款能够将现有傅里叶光谱仪充分利用，实用可靠，能够测量数字化红外探测器光谱的输出转换电路变得非常紧迫。
技术内容
本技术实施例提供一种数模转换方法和电路，在现有传统红外光谱测试设备基础上对数字化输出进行转换，变为传统的输出形式，从而实现利用现有设备来进行测试。
第一方面，本技术实施例提供一种数模转换方法，所述方法包括如下步骤：
对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据；
基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片；
对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。
可选的，所述并行解码数据，包括：标准并行数据和时钟信号。
可选的，所述基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给DA转换芯片，包括：
在帧率低于给定阈值的情况下，基于FPGA程序将所有所述标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片；
在帧率高于给定阈值的情况下，基于FPGA程序选取指定位数的标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片。
可选的，所述基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给DA转换芯片，还包括：
将FPGA降频至所述DA转换芯片可转换的时钟范围，并将帧起始信号、行起始信号和所述时钟信号经过隔离后进行信号输出。
可选的，所述对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出，包括：
通过运放对所述DA转换芯片输出的数据信号进行输出范围调节和驱动增强后进行模拟输出。
第二方面，本技术实施例提供一种数模转换电路，所述电路包括：
图像解码电路，用于对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据；
FPGA芯片电路，用于基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片；
DA转换电路，用于对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。
可选的，所述并行解码数据，包括：标准并行数据和时钟信号。
可选的，所述FPGA芯片电路，用于，
在帧率低于给定阈值的情况下，基于FPGA程序将所有所述标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片；
在帧率高于给定阈值的情况下，基于FPGA程序选取指定位数的标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片。
可选的，所述FPGA芯片电路，还用于，将FPGA降频至所述DA转换芯片可转换的时钟范围，并将帧起始信号、行起始信号和所述时钟信号经过隔离后进行信号输出。
可选的，所述DA转换电路还包括运放电路，所述运放电路用于对所述DA转换芯片输出的数据信号进行输出范围调节和驱动增强。
本技术实施例对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据；基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片；对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。实现了在现有传统红外光谱测试设备基础上对数字化输出进行转换，变为传统的输出形式，从而实现利用现有设备来进行测试，取得了积极的技术效果。
上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为现有的红外光谱响应测试的原理图；
图2为本技术第二实施例通用型数字化探测器数模转换电路板原理框图；
图3为本技术第二实施例模拟型红外探测器光谱测试连接图；
图4为本技术第二实施例数字化红外探测器光谱测试连接图；
图5为本技术第三实施例电源防接反及限流保护电路原理图；
图6为本技术第三实施例Cameralink图像解码电路接口图
图7为本技术第三实施例FPGA程序烧写接口原理图；
图8为本技术第三实施例DA转换电路原理图；
图9为本技术第三实施例输出电路原理图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
第一方面，本技术第一实施例提供一种数模转换方法，所述方法包括如下步骤：
对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据；
基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片；
对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。
本实施例解决了当前设备只具备模拟输出型红外探测器的信号采集能力，不能对数字化输出信号进行采集，导致了研发的很多款数字化红外探测器的红外光谱不具备测试条件问题，实现了在现有传统红外光谱测试设备基础上对数字化输出进行转换，变为传统的输出形式，从而实现利用现有设备来进行测试，取得了积极的技术效果。
可选的，所述并行解码数据，包括：标准并行数据和时钟信号。
具体的说，上述方案可以是将通过输入接口输入的Cameralink串行LVDS数据，解码为标准的并行数据和时钟信号。
可选的，在本技术一个可选的实施例中，所述基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给DA转换芯片，包括：
在帧率低于给定阈值的情况下，基于FPGA程序将所有所述标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片；
在帧率高于给定阈值的情况下，基于FPGA程序选取指定位数的标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片。
具体的说，本技术方法可以针对不同的数字化探测器，适配不同的FPGA程序，实现状态的切换。在帧频比较低的情况下，可以全帧输出，在帧频过高情况下，可以采取隔列输出或者某行输出，类似于传统模拟探测器的多路输出模式而取其中一路。
更为具体的，在本实施例中，例如DA电路选取的芯片具备14位数模转换，为了提高信噪比，在本实施例中可以选取有效数据的高14位进行转换。可选的，在本实施例中，所述基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给DA转换芯片，还包括：
将FPGA降频至所述DA转换芯片可转换的时钟范围，并将帧起始信号、行起始信号和所述时钟信号经过隔离后进行信号输出。
具体的说，在输出数据的同时，将同步时钟信号和帧起始信号、行起始信号一同随数据输出，经过DA转换后，达到与模拟型红外探测器同样的输出形式。
例如DA转换电路选取的芯片具备14位数模转换，选取有效数据的高14位进行转换，同时降频至DA芯片可转换时钟范围，并将时钟信号、帧起始和行起始信号也输出至输出BNC接口，上述这些信号传输过程中还可以经过磁隔离电路进行干扰抑制。
可选的，在本技术又一个可选的实施例中，所述对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出，包括：
通过运放对所述DA转换芯片输出的数据信号进行输出范围调节和驱动增强后进行模拟输出。
具体的，基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片，DA转换芯片将FPGA主芯片电路提供的并行数字信号转换为模拟电平，前述磁隔离电路也可以采用磁隔离芯片的方式进行，磁隔离芯片设置在DA转换芯片之前，通过磁隔离芯片消除环境噪声和抑制干扰，在本实施例中在DA转换芯片之后设置运放环节，具体可以为运放芯片，通过运放芯片对所述DA转换芯片输出的数据信号进行输出范围调节和驱动增强后进行模拟输出。
更为具体的，在前述DA电路选取的芯片具备14位数模转换的基础上，14位数据信号经过DA芯片后再经过一级运放调节输出范围和增强驱动能力后给到输出电路进行输出。
第二方面，本技术第二实施例提供一种数模转换电路，所述电路包括：
图像解码电路，用于对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据；
FPGA芯片电路，用于基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片；
DA转换电路，用于对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。
本实施例解决了当前设备只具备模拟输出型红外探测器的信号采集能力，不能对数字化输出信号进行采集，导致了研发的很多款数字化红外探测器的红外光谱不具备测试条件问题，实现了在现有传统红外光谱测试设备基础上对数字化输出进行转换，变为传统的输出形式，从而实现利用现有设备来进行测试，取得了积极的技术效果。
可选的，所述并行解码数据，包括：标准并行数据和时钟信号。
具体的说，在本实施例中，如图2所示，图像解码电路可以是CameraLink图像解码电路，Camralink图像解码电路可以采用标准Cameralink协议解码芯片，将通过输入接口输入的Cameralink串行LVDS数据，解码为标准的并行数据和时钟信号。图像解码电路的输出端全部与FPGA芯片连接，可支持RGB模式(针对于16bit以上的输出)，或者base模式(16bit及以下)。
可选的，在本技术一个可选的实施例中，所述FPGA芯片电路，用于，
在帧率低于给定阈值的情况下，基于FPGA程序将所有所述标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片；
在帧率高于给定阈值的情况下，基于FPGA程序选取指定位数的标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片。
所述FPGA芯片电路为数模转换电路的核心部分，在本实施例中，FPGA芯片电路可以包括FPGA电源提供电路、FPGA配置电路、FPGA程序下载接口和RS422通信接口电路。
通过RS422通信接口电路使得本技术电路具有可重复编程和外部通信控制功能。本实施例中还可以通过FPGA程序下载接口，针对不同的数字化探测器，适配不同的FPGA程序，实现状态的切换。
在帧频比较低的情况下，可以全帧输出，在帧频过高情况下，可以采取隔列输出或者某行输出。
可选的，在本技术一个可选的实施例中，所述FPGA芯片电路，还用于，将FPGA降频至所述DA转换芯片可转换的时钟范围，并将帧起始信号、行起始信号和所述时钟信号经过隔离后进行信号输出。
具体的说，在输出数据的同时，将同步时钟信号和帧起始信号一同随数据输出，经过DA转换后，达到与模拟型红外探测器同样的输出形式。
例如DA转换电路选取的芯片具备14位数模转换，选取有效数据的高14位进行转换，同时降频至DA可转换时钟范围，并将时钟信号、帧起始和行起始信号也输出至输出BNC接口，上述这些信号传输过程中还可以经过磁隔离电路进行干扰抑制。
可选的，所述DA转换电路包括运放电路，所述运放电路用于对所述DA转换芯片输出的数据信号进行输出范围调节和驱动增强。
具体的说，在本实施例中，DA转换芯片将FPGA主芯片电路提供的并行数字信号转换为模拟电平，前述磁隔离电路也可以采用磁隔离芯片的方式进行，如图2所示，磁隔离芯片设置在DA转换芯片之前，通过磁隔离芯片消除环境噪声和抑制干扰，在本实施例中在DA转换芯片之后设置运放环节，具体可以为运放芯片，通过运放芯片对所述DA转换芯片输出的数据信号进行输出范围调节和驱动增强后进行模拟输出。
更为具体的，在前述DA电路选取的芯片具备14位数模转换的基础上，14位数据信号经过DA芯片后再经过一级运放调节输出范围和增强驱动能力后给到输出电路进行输出。
在本技术有一个可选的实施例中，输入接口与输出接口可以整合为接口电路，例如，输入接口可以是一个标准的Cameralink接插件，可将数字化探测器输出数据转换成Cameralink的数据进行输入。输出接口可以由4个标准BNC接插件组成，分别输出数据同步时钟，模拟输出信号、帧起始使能和行起始使能信号，通过同轴电缆与傅里叶光谱仪的采集卡相连接，从而使得采集卡能够采集到需要的信号。
综上，本技术为一种通用型红外探测器数模转换电路，图3为模拟型红外探测器光谱测试时具体连接方式，其中只需要对探测器输出的模拟电平进行阻抗变换就可以接入信号采集板卡；而图4为数字化红外探测器光谱测试具体连接方式，其中由于数字化探测器输出的多样性，测试时将输出统一转换为Cameralink数据，在此基础上加上添加本技术数模转换电路，由此本技术电路能将统一打包成Cameralink协议的红外输出串行数据，通过一块FPGA芯片后输出某行甚至某个像元，将此数据再经过DA芯片，转换成与模拟型红外探测器输出一样的模拟输出电平，并同时输出时钟与帧起始使能信号。将这三个信号与傅里叶光谱仪信号采集模块相连接，就可以对数字化光谱进行测试，从而得到红外光谱曲线。本技术的数模转换电路通用型强，可针对不同种类，不同规格的数字化探测器，调节方便，具有性价比高，易操作，可重复利用的工程价值。
本技术第三实施例提出一种通用型红外探测器数模转换电路，在本实施例中以FPGA处理28bit数据以及DA处理14bit数据为例对本技术电路进行举例
说明。模数转换电路主要包括电源防接反与限流电路、CameraLink图像解码电路、FPGA主芯片电路、DA转换电路和接口电路。
在本实施例中，数字化红外探测器数模转换电路利用输入接口将被测探测器数据转换后的串行CameraLink数据连接至解码电路，解码电路自动将串行LVDS数据解码成并行28bit的数据信息，其中包含帧、行和数据有效信号，另外也会输出数据同步时钟信号。
结合被测探测器的面阵规格或线列规格在FPGA中将并行28bit的数据信息进行拆解和选取，由于傅里叶光谱仪最少可对单元进行光谱测试，则线列像元全部选取进行后一步的转换，面阵像元选取中间一行进行后一步转换，由于本实施例中的DA转换电路选取的芯片仅具备14位数模转换，为了提高信噪比，在本实施例中选取有效数据的高14位进行转换，同时降频至DA可转换时钟范围，并将时钟信号、帧起始和行起始信号也输出至输出BNC接口。上述这些信号传输过程中会经过磁隔离电路进行干扰抑制，14位数据信号经过DA芯片后再经过一级运放调节输出范围和增强驱动能力后给到输出电路进行输出。
具体的说，在本实施例中接口电路包括输入接口与输出接口，输入接口可以是一个标准的Cameralink接插件，可将数字化探测器输出数据转换成Cameralink的数据进行输入。输出接口可以由4个标准BNC接插件组成，分别输出数据同步时钟，模拟输出信号、帧起始使能和行起始使能信号，通过同轴电缆与傅里叶光谱仪的采集卡相连接，从而使得采集卡能够采集到需要的信号。
电源防接反与限流电路，如图5所示，由熔断丝与二极管组成，主要对输入的电压通过熔断丝进行限流保护，并对可能出现的操作失误导致的电源正负反接的情况提供电路保护。图5中，D1为肖特基二极管、F1为熔断保险丝，VIN为电源正极，VINGND为电源负极，D1正极外接供电电源负极，D1负极与熔断保险丝相接，熔断丝另一端接供电电源正极。同时，供电电源还给电路主模块供电，当供电电源错误接反时，由于D1二极管的单向导通特性，可以保护数模转换电路其他模块不会因错误接反而损毁；当电流比较大超过一定值时，熔断丝自身熔断切断电源，起到过载保护作用。
CameraLink图像解码电路，如图6所示，左边5对差分信号为CameraLink串行数据，由前端接口引入，通过图像解码芯片，输出至右边的28bit并行数据和1个同步时钟信号。其中，28bit数据中包含了24bit数据信息，即数字化探测器的输出码值，另外4bit中分别代表了图像的帧、行、数据有效信息和1bit的空信息，这29个输出端全部与FPGA芯片相连。
FPGA芯片电路包括FPGA电源提供电路、FPGA配置电路、FPGA程序下载接口和RS422通信接口电路，如图7所示，在本实施例中J3接插件为JTAG 接口，为FPGA芯片的程序烧写接口，此接口为方便编写程序，以适配不同规格的数字化红外探测器的光谱响应测试。在本实施例中还设置了U8芯片，U8芯片用于超低电容瞬态电压的抑制，以保护JTAG接口，防止静电击穿FPGA芯片。
进一步的，如图8所示，FPGA芯片电路中所编程序将数字化探测器的高14bit码值和同步时钟信号进行输出，经过DA芯片转换成两路极性相反的模拟信号。将这两路输出作为运放的两路输入，放大一倍；并配一个基准电压；最后再经过一级运放，增强对后级输出的驱动能力。
如图9所示，MC_OUT信号为DA芯片转模拟信号的同步时钟，LAVL_OUT信号为模拟输出信号的行起始使能信号，FVAL_OUT信号为模拟输出信号的帧起始使能信号。为了提高傅里叶光谱仪采集卡采集端的信噪比，本实施例中的数模转换电路的输出端都接一个RC滤波电路，滤除高频干扰，然后分别接入BNC接口。
本技术通过采用FPGA芯片和DA芯片，并利用磁隔离模块和输出运放对各种干扰噪声进行抑制，提高了信噪比；将数字化红外探测器的输出转换为与模拟红外探测器一样的形式，做到可运用现有傅里叶光谱仪设备对红外探测器红外光谱进行测试的目的，本技术电路具有布局紧凑，抗干扰能力强、电源防接反、过流保护，接口简单等优点。同时保证了可针对不同规格和不同输出位数的红外探测器都可以进行模拟电平转换输出，此外还可以做到对输出电平同步时钟频率可调。
本技术接口简单，具有一定的通用性，可以针对不同类型的传感器，只要输出是Cameralink串行数据，都可以进行数模信号的转换，而且可输出帧行起始使能信号，用来完成各方面的应用，具有产品化量产能力。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本技术的保护之内。
模数与数模转换
3. 模数转换器 （1） 模/数（A/D ）转换器 A/D 转换器是模拟信号源与计算机或其它数字系统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机或数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及其它领域中，A/D 转换器是不可缺少的重要组成部分。 1) 逐次逼近型A/D 转换器 逐次逼近型A/D 转换器又称逐次渐近型A/D 转换器，是一种反馈比较型A/D 转换器。逐次逼近型A/D 转换器进行转换的过程类似于天平称物体重量的过程。天平的一端放着被称的物体，另一端加砝码，各砝码的重量按二进制关系设置，一个比一个重量减半。称重时，把砝码从大到小依次放在天平上，与被称物体比较，如砝码不如物体重，则该砝码予以保留，反之去掉该砝码，多次试探，经天平比较加以取舍，直到天平基本平衡称出物体的重量为止。这样就以一系列二进制码的重量之和表示了被称物体的重量。例如设物体重11克，砝码的重量分别为1克、2克、4克和8克。称重时，物体天平的一端，在另一端先将8克的砝码放上，它比物体轻，该砝码予以保留（记为1），我们将被保留的砝码记为1，不被保留的砝码记为0。然后再将4克的砝码放上，现在砝码总和比物体重了，该砝码不予保留（记为0），依次类推，我们得到的物体重量用二进制数表示为1011。用下表7.1表示整个称重过程。 表7.1 逐次逼近法称重物体过程表 图7.7 逐次逼近型A/D 转换器方框图 利用上述天平称物体重量的原理可构成逐次逼近型A/D 转换器。 逐次逼近型A/D 转换器的结构框图如图7.7所示，包括四个部分：电压比较器、D/A 转换器、逐次逼近寄存器和顺序脉冲发生器及相应的控制逻辑。 逐次逼近型A/D 转换器是将大小不同的参考电压与输入模拟电压逐步进行比较，比较结果以相应的二进制代码表示。转换开始前先将寄存器清零，即送给D /A 转换器的数字量为0，三个输出门G 7、G 8、G 9被封锁，没有输出。转换控制信号有效后（为高电平）开始转换，在时钟脉冲作用下，顺序脉冲发生器发出一系列节拍脉冲，寄存器受顺序脉冲发生器及控制电路的控制，逐位改变其中的数码。首先控制逻辑将寄存器的最高位置为1，使其输出为100……00。这个数码被D/A 转换器转换成相应的模拟电压U o ,送到比较器与待转换的输入模拟电压U i 进行比较。若U o ＞U i ，说明寄存器输出数码过大，故将最高位的1变成0，同时将次高位置1；若U o ≤U i ,说明寄存器输出数码还不够大，则应将这一位的1 保留。数码的取舍通过电压比较器的输出经控制器来完成的。依次类推按上述方法将下一位置1进行比较确定该位的1是否保留，直到最低位为止。此时寄存器里保留下来的数码即为所求的输出数字量。 2) 并联比较型A/D 转换器 并联比较型A/D 转换器是一种高速A/D 转换器。图8-9所示是3位并联型A/D 转换器，
数模转换原理及应用
数模（D/A）转换器及模数（A/D）转换器 一、实验目的 1.熟悉D / A转换器的基本工作原理。 2.掌握D / A转换集成芯片DAC0832的性能及其使用方法。 3.熟悉A / D转换器的工作原理。 4.掌握A / D转换集成芯片ADC0809的性能及其使用方法。 二、实验原理 1.数模（D / A）转换 所谓数模（D / A）转换,就是把数字量信号转换成模拟量信号,且输出电压与输入的数字量成一定的比例关系。图47为D / A 转换器的原理图,它是由恒流源（或恒压源）、模拟开关、以及数字量代码所控制的电阻网络、运放等组成的四位D/ A转换器。 四个开关S0 ~ S3由各位代码控制,若―S‖代码为1,则意味着接VREF ,代码―S‖= 0,则意味着接地。 由于运放的输出值为V0= -I∑?Rf ,而I∑为I0、I1、I2、I3的和,而I0 ~ I3的值分别为（―S‖代码全为1）： I0 =,I1 =,I2 =,I3 = 若选 R0 =,R1 =,R2 =,R3 = 则I0 ==?20 ,I1 =?21 ,I2 =?22 ,I3 =?23 若开关S0 ~ S3不全合上,则―S‖代码有些为0,有些为1（设4位―S‖代码为D3D2DlD0）,则I∑ =D3I3 + D2I2 + DlIl + D0I0 =（D3?23 + D2?22 + D1?21 + D0?20）= B? 所以,V0 = -Rf ? B,B为二进制数,即模拟电压输出正比于输入数字量B ,从而实现了数字量的转换。 随着集成技术的发展,中大规模的D / A转换集成块相继出现,它们将转换的电阻网络和受数码控制的电子开关都集成在同一芯片上,所以用起来很方便。目前,常用的芯片型号很多,有8位的、12位的转换器等,这里我们选用8位的D / A转换器DAC0832进行实验研究。 DAC0832是CMOS工艺,共20管引脚,其管脚排列如图48所示。
数模与模数转换器 习题与参考答案
第11章 数模与模数转换器 习题与参考答案 【题11-1】 反相运算放大器如图题11-1所示，其输入电压为10mV ，试计算其输出电压V O 。 图题11-1 解：输出电压为： mV mV V R R V IN F O 10010101 =?=-= 【题11-2】 同相运算放大器如图题11-2所示，其输入电压为10 mV ，试计算其输出电压V O 。 图题11-2 解：mV mV V R R V IN F O 110101111 =?=+=）（ 【题11-3】 图题11-3所示的是权电阻D/A 转换器与其输入数字信号列表，若数字1代表5V ，数字0代表0V ，试计算D/A 转换器输出电压V O 。 11-3 【题11-4】 试计算图题11-4所示电路的输出电压V O 。 图题11-4 解：由图可知，D 3~D 0=0101 因此输出电压为：V V V V O 5625.151650101254 === ）（ 【题11-5】 8位输出电压型R/2R 电阻网络D/A 转换器的参考电压为5V ，若数字输入为，该转换器输出电压V O 是多少？
解：V V V V O 988.21532565100110012 58≈== ）（ 【题11-6】 试计算图题11-6所示电路的输出电压V O 。 图题11-6 解：V V V D D V V n n REF O 5625.1516501012 5~240==-=-=）（）（ 【题11-7】 试分析图题11-7所示电路的工作原理。若是输入电压V IN =，D 3～D 0是多少？ 图题11-7 解：D3=1时，V V V O 6221234== ，D3=0时，V O =0。 D2=1时，V V V O 3221224== ，D2=0时，V O =0。 D1=1时，V V V O 5.1221214== ，D1=0时，V O =0。 D0=1时，V V V O 75.0221204 ==，D0=0时，V O =0 由此可知：输入电压为，D3~D0=1101，这时V O =6V++=，大于输入电压V IN =，比较器输出低电平，使与非门74LS00封锁时钟脉冲CLK ，74LS293停止计数。 【题11-8】 满度电压为5V 的8位D/A 转换器，其台阶电压是多少？分辨率是多少？ 解：台阶电压为mV mV V STEP 5.192/50008== 分辨率为：%39.00039.05000/5.195000/===mV V STEP
数模混合电路的PCB设计
数模混合电路的PCB设计 高速PCB 设计中，数模混合电路的PCB 设计中的干扰问题一直是一个难题。尤其模拟电路一般是信号的源头，能否正确接收和转换信号是PCB 设计要考虑的重要因素。文章通过分析混合电路干扰产生的机理，结合设计实践，探讨了混合电路一般处理方法，并通过设计实例得到验证。 0 前言 印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。现在有许多PCB 不再是单一功能电路，而是由数字电路和模拟电路混合构成的。数据一般在模拟电路中采集和接收，而带宽、增益用软件实现控制则必须数字化，所以在一块板上经常同时存在数字电路和模拟电路，甚至共享相同的元件。考虑到它们之间的相互干扰问题以及对电路性能的影响，电路的布局和布线必须要有一定的原则。混合信号PCB 设计中对电源传输线的特殊要求以及隔离模拟和数字电路之间噪声耦合的要求，增加了设计时布局和布线的复杂度。在此，通过分析高密度混合信号PCB 的布局和布线设计，来达到要求的PCB 设计目标。 1 数模混合电路干扰的产生机理 模拟信号与数字信号相比，对噪声的敏感程度要大得多，因为模拟电路的工作依赖连续变化的电流和电压，任何微小的干扰都能影响它的正常工作，而数字电路的工作依赖在接收端根据预先定义的电压电平或门限对高电平或低电平的检测，具有一定的抗干扰能力。但在混合信号环境中，数字信号相对模拟信号而言是一种噪声源。数字电路工作时，稳定的有效电压只有高低电平两种电压。当数字逻辑输出由高电压变为低电压，该器件的接地管脚就会放电，产生开关电流，这就是电路的开关动作。数字电路的速度越快，其开关时间一般也
数模及模数转换电路设计问答
ADC/DAC设计经典问答 （上） 1. 什么是小信号带宽（SSBW）？ 小信号带宽（Small Signal Bandwidth (SSBW)）是指在指定的幅值输入信号及特定的频率下，它的输出幅值比低频时的输出幅值下降指定值时，该特定频率为小信号带宽。 2. 什么是共模电压（VCM）？ 共模电压（Common Mode Voltage (VCM )）是差动输入的两个引脚上相同的直流输入电压。 3. 什么是MSB（最高有效位）？ MSB（最高有效位（Most Significant Bit）），是具有最大的值或权重的位。它的值是满量程的一半。 4. 什么是采样（孔径）延时？ 采样（孔径）延时（Sampling (Aperture) Delay）是时钟输入的后边缘到采样开关打开所需的时间。采样/保持电路有效地停止输入信号捕获，并进入“保持”模式，确定时钟延时后的采样。 5. 什么是满量程（FS）输入范围？ 满量程输入范围（Full Scale Input Range），是指模数转换器上数字化的输入电压的输入范围，既不低于这个范围也不超过这个范围。比如V REF + = 3.5V 和VREF - = 1.5V, FS = (VREF + )-(VREF - ) = 2.0V。 6. 什么是时钟占空比？ 时钟占空比（Clock Duty Cycle）是时钟波形高电平时间和一个时钟周期总时间的比值。 7. 什么是位的有效数（ENOB ，或有效位）？ 位的有效数（ENOB ，或有效位）（Effective Number of Bits (ENOB, 或Effective Bits)）是信噪比和失真的比率，或SINAD的另一种表达方法。ENOB定义为(SINAD -1.76)/ 6.02，这个位数(ENOB)表示转换器是与理想的模数转换器等效。 8. 什么是增益误差？ 增益误差是在第一个代码和最后一个代码发生转换时，实际输人电压与理想输人电压之差。即，这个差值是：满量程- 2 LSB。 9. 许多模数转换器在数据手册中提供的应用，在Va, Vd 和Vref引脚上出现了三个电容。这三个电容器都是必须的吗？
数模转换器和模数转换器实验报告
实验报告 课程名称微机原理与接口技术 实验项目实验五 数/模转换器和模/数转换器实验实验仪器 TPC-USB通用微机接口实验系统 系别计算机系 专业网络工程 班级/学号 学生 _ 实验日期 成绩_______________________ 指导教师王欣
实验五数/模转换器和模/数转换器实验 一、实验目的 1. 了解数/模转换器的基本原理，掌握DAC0832芯片的使用方法。 2. 了解模/数转换器的基本原理，掌握ADC0809的使用方法。 二．实验设备 1.PC微机系统一套 2.TPC-USB通用微机接口实验系统一套 三．实验要求 1．实验前要作好充分准备，包括程序框图、源程序清单、调试步骤、测试方法、对运行结果的分析等。 2．熟悉与实验有关的系统软件（如编辑程序、汇编程序、连接程序和调试程序等）使用方法。在程序调试过程中，有意识地了解并掌握TPC-USB通用微机接口实验系统的软硬件环境及使用，掌握程序的调试及运行的方法技巧。 3．实验前仔细阅读理解教材相关章节的相关容，实验时必须携带教材及实验讲义。 四．实验容及步骤 （一）数/模转换器实验 1．实验电路原理如图1，DAC0832采用单缓冲方式，具有单双极性输入端(图中的Ua、Ub),编程产生以下锯齿波(从Ua和Ub输出，用示波器观察) 图1 实验连接参考电路图之一 编程提示： 1. 8位D/A转换器DAC0832的口地址为290H，输入数据与输出电压的关系为：
(UREF表示参考电压,N表示数数据)，这里的参考电压为ＰＣ机的＋５Ｖ电源。 2. 产生锯齿波只须将输出到DAC0832的数据由0循环递增。 3. 参考流程图（见图2）: 图2 实验参考流程图之一 （二）模/数转换器 1. 实验电路原理图如图3。将实验（一）的DAC的输出Ua，送入ADC0809通道1(IN1)。 图3 实验连接参考电路图之二 2. 编程采集IN1输入的电压,在屏幕上显示出转换后的数据(用16进制数)。编程提示： 1. ADC0809的IN0口地址为298H，IN1口地址为299H。 2. IN0单极性输入电压与转换后数字的关系为：
数模混合IC设计流程
数模混合IC设计流程 1.数模混合IC设计 近十年来，随着深亚微米及纳米技术的发展，促使芯片设计与制造由分离IC、ASIC 向SoC转变，现在SoC芯片也由数字SoC全面转向混合SoC，成为真正意义上的系统级芯片。如今人们可以在一块芯片上集成数亿只晶体管和多种类型的电路结构。此时芯片的制造工艺已经超越了传统制造理论的界限，对电路的物理实现具有不可忽略的影响。因此，片上系统所依赖的半导体物理实现方式，面临着多样化和复杂化的趋势，设计周期也越来越长。目前越来越多的设计正向混合信号发展。最近，IBS Corp做过的一个研究预测，到2006年，所有的集成电路设计中，有73%将为混合信号设计。目前混合信号技术正是EDA业内最为热门的话题。设计师在最近才开始注意到混合信号设计并严肃对待，在他们意识到这一领域成为热点之前，EDA公司已经先行多年。EDA业内领头的三大供应商Mentor Graphics、Synopsys和Cadence在几年前即开始合并或研发模拟和混合信号工具和技术。其中Mentor Graphics是第一个意识到这一点，并投入力量发展混合信号技术的EDA供应商。 我们先分析数模混合IC设计的 流程，简单概括如图： 首先要对整个IC芯片进行理论 上的设计。对于模拟部分，可以直接 在原理图的输入工具中进行线路设 计；而对于数字部分，主要通过各种 硬件描述语言来进行设计，比如通用 的VHDL及Verilog，数字部分的设 计也可以直接输入到原理图工具中。 当完成原理图的设计时，必须对设计 及时的进行验证。如果原理设计没有 问题，就说明设计是可行的，但这还 停留在理论的阶段，接下来必须将它 转换为实际的产品。这时需要用版图 工具将电路设计实现出来，对于模拟 电路部分，可以使用定制版图工具； 对于数字电路部分，也可以采用P&R （自动布局布线）工具实现。在完成 整个电路各个模块的版图后，再将它 们拼装成最终的版图。这时的版图并 不能最终代表前面所验证过的设计， 必须对它进行验证。首先版图要符合 流片工艺的要求，这时要对版图做DRC(Design Rule Check)检查；而版图的逻辑关系是不是代表原理图中所设计的，同样要进行LVS(Layout Versus Schematic)检查；最后，由于在实现版图的过程中引入了许多寄生效应，这些寄生的电阻电容有可能对我们的设计产生致
模数与数模转换电路
第9章模数与数模转换电路 课题第9章模数与数模转换电路 理论课 时 4 实验课 时 4 教学目的 1?掌握模数与数模转换原理； 2?掌握模数与数模转换电路的应用。 重点与重点：模数与数模转换原理； 难点难点：模数与数模转换电路的应用。 教学方法讲授法、演示法：多媒体课件讲授、配合板书。 教学内容 1?模数转换器（ADC）; 2?数模转换器（DAC）。 课后作业 习题九 一、二、三、四 9.1 概述 9.2 数模转换器（DAC） 一?作用 D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成电压或电流形式的模拟量输出。 二?电路组成 如图9-1所示 图9-1 D/A转换器的一般结构 三.应用 图9-2就是按这种方法实现的D/A转换器，实际上，这是一个加权加法运算电路。图中电阻网络与二进制数的各位权相对应，权越大对应的电阻值越小，故称为权电阻网络。图中 VR为稳恒直流电压，是 D/A转换电路的参考电压。n路电子开关S i由n位二进制数D的每能够把模拟量转变为数字量的器件叫模拟-数字转换器（简称 A/D转换器）。 能够把数字量转变为模拟量的器件叫数字-模拟转换器（简称 D/A转换器）。 参考电压］ /
一位数码Di 来控制，Di =O 时开关S i 将该路电阻接通“地端” ，Di =1时S i 将该路电阻接通 参考电压 VR 集成运算放大器作为求和权电阻网络的缓冲，主要是为了减少输出模拟信号 负载变化的影响，并将电流输出转换为电压输出。 图9-2中，因A 点“虚地”，V A=O,各支路电流分别为 -- 岗0 - 9-2 权电阻网络D/A 转换器 In -1+ In -2+ …+ I 0= If 以上各式联立得， U o 咯 V R (D n 1 2 n 1 D n 2 2n 2 D o 20 ) R 从上式可见，输出模拟电压 u O 的大小与输入二进制数的大小成正比，实现了数字量到 模拟量的转换。 权电阻网络D/A 转换器电路简单，但该电路在实现上有明显缺点，各电阻的阻值相差较大， 尤其当输入的数字信号的位数较多时， 阻值相差更大。这样大范围的阻值， 要保证每个都有 很高的精度是极其困难的，不利于集成电路的制造。为了克服这一缺点， D/A 转换器广泛采 用T 型和倒T 型电阻网络 D/A 转换器。 I n I n D n I V R R n 1 D n 2V R D n 1 2n V R I f R i 2 D n 2 2n R V R D O V R D o 20 又因放大器输入端“虚断” ，所以，图9-2 权电阻网络D/A 转换器 U o R f
微机原理及其应用报告：数模转换器DAC0832双缓冲输出设计
本科生实验报告 实验名称：数模转换器DAC0832双缓冲输出设计 一、实验目的 1）了解DAC0832芯片引脚、内部结构及工作原理； 2）掌握应用单片机I/O端口控制DAC0832实现数模转换的方法； 3）掌握DAC0832单缓冲和双缓冲控制技术及编程设计方法； 二、实验原理 DAC0832是8位分辨率的数模转换集成芯片，内部采用倒T形网络，电流型输出模式，电流输出稳定时间为1us，采用单电源供电。 片内部由一个8位输入锁存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器构成，内部具有双缓冲结构，可以实现单缓冲、双缓冲数字输入。 双缓冲同步控制方式： 针对多个模拟量需要同时输出的控制系统，可以采用双缓冲同步控制方式。D/A转换数据的输入锁存和D/A转换输出分两步完成。首先，CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入锁存器中，然后，CPU同时对所有D/A转换器发出输入所存数据打入DAC寄存器的控制信号，即可实现
多通道的同步模拟量数据输出。 应用双缓冲方式，可以在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，有效地提高转换速度。另外，可以在多个D/A转换器同时工作时，利用双缓冲模式实现多路D/A的同步输出。 三、实验内容 通过单片机I/O端口控制两路DAC0832实现数模转换，控制方式采用双缓冲控制方式。 1.阅读理解双缓冲控制电路图，分析双缓冲模式下DAC0832与单片机接口电路的设计及两次DA转换实验在控制电路上的异同。 2.设计程序，实现双缓冲模式下DA转换的同步输出。 首先，CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入锁存器中，然后，通过按键控制，同时对两个DAC0832锁存数据进行数模转换，同步产生三角波、正弦波模拟输出信号。 四、实验过程 1，实验原理图 2，实验源程序 #include
20120523-数模混合电路设计流程
数模混合电路设计流程 马昭鑫 2012/5/23 本文主要面向模拟电路设计者，讲解了从行为级代码形式的数字电路到数模混合版图之间的流程，默认模拟版图和数字电路的行为级代码、testbench已经完成。阅读者需确定自己会编写Verilog或Spice格式的网表，熟悉Linux的文件操作，了解Spectre、Virtuoso、Calibre、Modelsim、Design Compiler（dc）、Astro等EDA工具的使用方法。 由于本人才疏学浅，经验不足，难免会在文中出现一些错误，恳请高手给予指正。 数模混合电路的仿真方法 一般的设计流程中数字电路和模拟电路是分开进行设计的，但有些时候希望能将数字电路和模拟电路放在一起仿真来验证设计，这就需要用到混合电路的仿真方法。在Cadence 工具中有专门用作混合电路仿真的仿真器spectreVerilog，其实现方法是首先将模拟模块与数字模块区分开并设置接口电平，然后在ADE中设置数字电路的测试代码，调用不同的仿真器分别对数字模块和模拟模块进行仿真，最后将结果汇总显示或输出。 下面将以一个简单实例的形式讲解混合电路的仿真方法。 一、建立数字模块 ①在命令行中输入下面的命令设置NC-Verilog和Cadence并启动Cadence； setdt ldv setdt ic icfb& ②建立Library的方法不再累述，创建Cell view时注意Tool选择Verilog-Editor，View Name 填写functional；
③点击OK后会弹出有模块代码框架的vi窗口，将设计需要的代码输入或粘贴进去； ④保存并关闭后如果没有错误会弹出创建Symbol View的询问对话框，确定后会进入Symbol编辑器，并自动生成了Symbol（注意在Cadence中总线用尖括号<>表示）； ⑤保存并关闭Symbol编辑器。 至此已经完成了数字模块的创建。 二、建立模拟模块 模拟电路的创建方法无需赘述，这里搭建了一个输出频率为10MHz的环形振荡器。
模数转换器基本原理及应用
Σ-Δ模数转换器基本原理及应用 一、Σ-Δ ADC基本原理 Σ-Δ ADC以很低的采样分辨率(1位)和很高的采样速率将模拟信号数字化, 通过使用过采样、噪声整形和数字滤波等方法增加有效分辨率, 然后对ADC输出进行采样抽取处理以降低有效采样速率。Σ-ΔADC的电路结构是由非常简单的模拟电路(一个比较器、一个开关、一个或几个积分器及模拟求和电路)和十分复杂的数字信号处理电路构成。要了解Σ-ΔADC的工作原理, 必须熟悉过采样、噪声整形、数字滤波和采样抽 取等基本概念 1.过采样 ADC是一种数字输出与模拟输入成正比的电路, 图1给出了理想3位单极性ADC的转换特性, 横坐标是输入电压U IN 的相对值, 纵坐标是经过采样量化的数字输出量, 以二进制000～111表示。理想ADC第一位的变迁发生在相当于1/2LSB的模拟电压值上, 以后每隔1LSB都发生一次变迁, 直至距离满度的1 1/2 LSB。因为ADC的模拟量输入可以是任何值, 但数字输出是量化的, 所以实际的模拟输入与数字输出之间存在±1/2LSB的量化误差。在交流采样应用中, 这种量化误差会产生量化噪声。 图1 理想3位ADC转换特性 如果对理想ADC加一恒定直流输入电压, 那么多次采样得到的数字输出值总是相同的, 而且分辨率受量化误差的限制。如果在这个直流输入信号上叠加一个交流信号, 并用比这交流信号频率高得多的采样频率进行采样, 此时得到的数字输出值将是变化的, 用这些采样结果的平均值表示ADC的转换结果便能得到比用同样ADC高得多的采样分辨率, 这种方法称作过采样(oversampling)。如果模拟输入电压本身就是交流信号, 则不必另叠加一个交流信号。采用过采样方法(采样频率远高于输入信号频率)也同样可提高ADC的分辨率。 由于过采样的采样速率高于输入信号最高频率的许多倍, 这有利于简化抗混叠滤波器的设计, 提高信噪比并改善动态范围。可以用频域分析方法来讨论过采样问题。由于直流信号转换具有的量化误差达1/2LSB, 所以数据采样系统具有量化噪声。一个理想的常规N位ADC的采样量化噪声有效值为q/12,均匀分布在奈奎斯特频带直流至fs/2范围内, 如图2所示。其中q为LSB的权重, fs为采样速率, 模拟低通滤波器将滤除fs/2以上的噪声。如果用Kfs的采样速率对输入信号进行采样(K
数模转换方法和电路与设计方案
本技术公开了一种数模转换方法和电路，所述方法包括如下步骤：对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据；基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片；对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。本技术方法实现了在现有传统红外光谱测试设备基础上对数字化输出进行转换，变为传统的输出形式，从而实现利用现有设备来进行测试，取得了积极的技术效果。 权利要求书 1.一种数模转换方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据； 基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片； 对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述并行解码数据，包括：标准并行数据和时钟信号。 3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给DA转换芯片，包括： 在帧率低于给定阈值的情况下，基于FPGA程序将所有所述标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片； 在帧率高于给定阈值的情况下，基于FPGA程序选取指定位数的标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片。 4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给DA转换芯片，还包括： 将FPGA降频至所述DA转换芯片可转换的时钟范围，并将帧起始信号、行起始信号和所述时钟信号经过隔离后进行信号输出。 5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出，包括： 通过运放电路对所述DA转换芯片输出的数据信号进行输出范围调节和驱动增强后进行模拟输出。 6.一种数模转换电路，其特征在于，所述电路包括： 图像解码电路，用于对通过输入接口的串行数据进行解码，获得并行解码数据；
数模转换器(DAC)原理研究
数字-模拟转换器(DAC)原理研究 电子0801班 08214014 08214013
一题目简述 随着科学技术的发展, 我们常常要用模拟系统来处理数字信号. 这就需要数字-模拟的转换. DAC的作用是将计算机或控制器产生的二进制数字转换成与之成比例的模拟电压. 其意义相当于一种译码电路. 本次的数模原理研究主要介绍全电阻网络D/A转换器和倒T型电阻网络D/A转换器, 利用等效方法和叠加原理推导输出电压, 比较两种转换器的特点. 并用EWB 软件来验证电路的工作原理. 二DAC原理 1. D/A数模转换器的设计思想 D/A数模转换器在某种意义上说相当于一种译码电路，将给定的二进制码的量译成相应的模拟量的数值。 数字量是由二进制数位组合起来，而每位数字符号都有一定的权。例如，四位二进制数1101每位的权对应十进制数值从高位到底为排列依次为8，4，2，1（必须位置上是一才有效）。所以二进制数1101代表十三。为了将数字量转换成模拟的量，可以将每一位数字量按权的大小装换成模拟量。然后将这些模拟量相加，所得到的总的模拟量就是数字量所必须转换成
的模拟量。 2.权电阻网络D/A 转换器 (1) 数模转换的一种方法是使用电阻网络，网络中阻值表示数字码输入位的二进制权值。输入的电平决定电流的有无，开关接入相应电压V s 时，输入电压为V s ，二进制数位“1”。开关接地时输入电压为0V ，二进制数为“0”. 如下图给出了一个三位的DAC 。 上面已经提及开关1 -n K , 2-n K ，……, 1K ，0K 分别受输入代码1-n D ，2-n D ，……，1D ，0D 的状态控制，由于虚地点的存在，其中某个开关i K 接到“1”或“0”在电阻i R 支路产生的电流为 i R i k Ri V I = 即 i R i D Ri V I = 000D R V I R = 11 1D R V I R = 222D R V I R = 支路电流总和 I=∑=20i i I =00D R V R +11D R V R +22 D R V R = 022D R V R +112D R V R +202D R V R =R V R 22[001122222?+?+?D D D ]
一种两路数模转换电路的设计
一种两路数模转/换电路的设计 一．计目的 ①掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； ②学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图； ③掌握应用EWB对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。二、设计要求 1、查阅熟悉相关芯片资料； 2、选择合适的运算放大器，实现信号的3级放大；总倍数为12级； 3、并通过高通.低通滤波电路滤波； 4、利用PROTEL绘制电路原理图和印刷版图，并利用EWB软件仿真。 三、主要参考 ①童诗白．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，2002 ②张建华．数字电子技术．北京：机械工业出版社，2004 ③陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：机械工业出版社，2005 ④毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：机械工业出版社，2005 ⑤潘永雄．电子线路CAD实用教程．西安：西安电子科技大学出版社，2002 ⑥张亚华．电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：航空工业出版社，2004 1.内容设计
1、双四选一数据选择器 74LS153资料。 所谓双4选1数据选择器就是在一块集成芯片上有两个4选1数据选择器。引脚排列如图所示，功能如表所示。 、为两个独立的使能端； A1、A0为公用的地址输入端； 1D0～1D3和2D0～2D3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端； Q1、Q2为两个输出端。 1）当使能端（）＝1时，多路开关被禁止，无输出，Q＝0。 2）当使能端（）＝0时，多路开关正常工作，根据地址码A1、A0的状态，将相应的数据D0～D3送到输出端Q。如：A1A0＝00 则选择DO数据到输出端，即Q ＝D0。A1A0＝01 则选择D1数据到输出端，即Q＝D1，其余类推。数据选择器的用途很多，例如多通道传输，数码比较，并行码变串行码，以及实现逻辑函等。 74LS153引脚功能 74LS153真值表 输入输出 A1 A0 Q
数模转换电路
数模转换电路 一、概述 数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路，通常称为D/A转换器DAC。 二、D/A转换器的基本原理 基本原理：将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。这就是构成D/A转换器的基本思路。D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，数字寄存器输出的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为１的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。 1、数模转换器的转换方式 （1）并行数模转换 通过一个模拟量参考电压和一个电阻梯形网络产生以参考量为基准的分数值的权电流或权电压；而用由数码输入量控制的一组开关决定哪一些电流或电压相加起来形成输出量。所谓“权”，就是二进制数的每一位所代表的值。例如三位二进制数“111“,右边第1位的“权”是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位是22/23=1/2。位数多的依次类推。图2为这种三位数模转换器的基本电路,参考电压VREF在R1、R2、R3中产生二进制权电流,电流通过开关。当该位的值是“0”时,与地接通；当该位的值是“1”时,与输出相加母线接通。几路电流之和经过反馈电阻Rf产生输出电压。电压极性与参考量相反。输入端的数字量每变化1，仅引起输出相对量变化1/23=1/8,此值称为数模转换器的分辨率。位数越多分辨率就越高，转换的精度也越高。工业自动控制系统采用的数模转换器大多是10位、12位，转换精度达0.5～0.1％。 （2）串行数模转换 将数字量转换成脉冲序列的数目，一个脉冲相当于数字量的一个单位，然后将每个脉冲变为单位模拟量，并将所有的单位模拟量相加，就得到与数字量成正比的模拟量输出，从而实现数字量与模拟量的转换。 三、D/A转换器的分类 1、电压输出型 电流输出型DA转换器很少直接利用电流输出，大多外接电流—电压转换电路得到电压输出，后者有两种方法：一是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流—电压转换，二是外接运算放大器。用负载电阻进行电流—电压转换的方法，虽可在电流输出引脚上出现电压，但必须在规定的输出电压范围内使用，而且由于输出阻抗高，所以一般外接运算放大器使用。此外，大部分CMOS D/A转换器当输出电压不为零时不能正确动作，所以必须外接运算放大器。当外接运算放大器进行电流电压转换时，则电路构成基本上与内置放大器的电压输出型相同，这时由于在DA转换器的电流建立时间上加入了运算放大器的延迟，使响应变慢。此外，这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易起振，有时必须作相位补偿。 2、乘算型 D/A转换器中有使用恒定基准电压的，也有在基准电压输入上加交流信号的，后者由于能得到数字输入和基准电压输入相乘的结果而输出，因而称为乘算型DA转换器。乘算型DA转换器一般不仅可以进行乘法运算，而且可以作为使输入信号数字化地衰减的衰减器及对输入信号进行调制的调制器使用。 四、D/A转换器的主要性能指标 1、分辨率 指最小输出电压(对应的输入数字量只有最低有效位为“1”)与最大输出电压(对应的输入数字量所有有效位全为“1”)之比。如N位D/A转换器，其分辨率为1/(2N-1)。 2、转换精度 D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。如果不考虑其他D/A 转换误差时，D/A的转换精度就是分辨率的大小，因此要获得高精度的D/A转换结果，首先要保证选择有足够分辨率的D/A转换器。同时D/A转换精度还与外接电路的配置有关，当外部电路器件或电源误差较大时，会造成较大的D/A转换误差，当这些误差超过一定程度时，D/A转换就产生错误。在D/A 转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。 3、编辑本段温度系数 在满刻度输出的条件下，温度每升高1℃，输出变化的百分数定义为温度系数。 4、失调误差(或称零点误差)
设计数模混合电路抗干扰的秘密
设计数模混合电路抗干扰的秘密 数模混合电路设计当中，干扰源、干扰对象和干扰途径的辨别是分析数模混合设计干扰的基础。通常的电路中，模拟信号上由于存在随时间变化的连续变化的电压和电流有效成分，在设计和调试过程中，需要同时控制这两个变量，而且他们对于外部的干扰更敏感，因而通常作为被干扰对象做分析;数字信号上只有随时间变化的门限量化后的电压成分，相比模拟信号对干扰有较高的承受能力，但是这类信号变化快，特别是变化沿速度快，还有较高的高频谐波成分，对外释放能量，通常作为干扰源。 作为干扰源的数字电路部分多采用CMOS工艺，从而导致数字信号输入端极高的输入电阻，通常在几十k欧到上兆欧姆。这样高的内阻导致数字信号上的电流非常微弱，因而只有电压有效信号在起作用，在数模混合干扰分析中，这类信号可以作为电压型干扰源，如CLK 信号，Reset等信号。除了快速交变的数字信号，数字信号的电源管脚上，由于引脚电感和互感引起的同步开关噪声（SSN），也是数模混合电路中存在的重要一类电压型干扰源。此外，电路中还存在一些电流信号，特别是直流电源到器件负载之间的电源信号上有较大的电流，根据右手螺旋定理，电流信号周围会感应出磁场，进而引起变化的电场，在分析时，直流电源作为电流型干扰源。 无论电压型还是电流型的干扰源，在耦合到被干扰对象时，既可能通过电路传导耦合，也可能通过空间电磁场耦合，或者二者兼有。然而一般的仿真分析工具，往往由于功能所限，只能分析其中一种。例如在传统的SPICE电路仿真工具中，只考虑电路传导型的干扰，并不考虑空间电磁场的耦合;而一般的PCB 信号完整性（SI）分析工具，只考察空间电磁场耦合，将所有的电源、地都看作理想DC直流，不予分析考虑。耦合路径提取的不完整，也是困扰数模混合噪声分析的重要原因。 数模混合设计中，电源和地的划分，是业内争论的焦点。传统的设计中，数字模拟部分被严格分开;然而随着系统越来越复杂，数模电路集成度不断提高，分割又会造成数字信号跨分割，信号回流不完整，进而影响信号完整性，另外，电源的分割还造成电源分配系统的阻抗过高;有人提出“单点连接”：还是做分割，但是在跨分割的信号下方单点连接以避免跨分割问题;但是如果数模之间信号很多，难于分开，这种“单点连接”也存在困难，因而又有人提出不分割，只是保持数字和模拟部分不要交叉;还有一些资料介绍，在跨分割的信号旁边包地线或者并联的电容，用来提供完整回流路径。无论哪种方法，似乎都有一定道理，而且都有成功的先例，然而所有这些分割方案的有效性以及可能存在的问题，一直没有检验的标准。 数模混合电路的仿真，还存在模型的问题。业界普遍接受的模拟电路仿真模型还是SPICE 模型，数字电路信号完整性分析使用IBIS模型。多家EDA公司的仿真软件已经推出支持多种模型的混合模型仿真器，然而摆在设计师案头的主要困难是器件模型，特别是模拟器件模型很难得到。在数字设计看来，时域的瞬态分析，即某一时间点上确定的电压值，是仿真的主要手段，就像调试中的示波器那样直观。没有精确的模型，瞬态分析就无法实现。然而对模拟设计，特别是噪声分析，激励源在时间轴上难于描述或很难预测，只知道他的频率带宽范围和大致幅度，这时候我们通常会引入频域扫频分析，考察扫频信号在关注点的变化，如同频谱分析仪的作用。或者干脆如网络分析仪（NA）那样考察信号或噪声通过的通道的频域SYZ参数，进而预测干扰发生的频率和幅度。可见，数模混合噪声分析，既需要支持混合模型的仿真器，也需要仿真器同时支持时域分析和频域分析。
模数和数模转换器类型及原理介绍
QQ:460209698 模数模数//数模数模转换转换转换器器类型及原理类型及原理简介简介简介 (AD 详解详解（（连载连载之之一）) https://www.wendangku.net/doc/5014458218.html,/open_hard/blog/item/1cc0a8f36f633f53342acccd.html AD:模数转换，将模拟信号转换为数字信号，便于数字设备处理。 DA：数模转换，将数字信号转换为模拟信号，与外部世界接口。 具体可以看看下面的资料，了解一下工作原理： 1. 1. AD AD 转换器的分类 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型逐次逼近型逐次逼近型、并行并行比较型比较型//串并行型串并行型（（流水线型流水线型））、∑∑-Δ调制型 调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。【【重点理解重点理解加粗的加粗的加粗的三种三种三种】】 1）积分型（如TLC7135） AD 连载之二－－－－－双积分型 AD 转换器 积分型AD 工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率， 但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片AD 转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如TLC0831） AD 连载之三－－－－－逐次逼近 AD 转换器的工作原理 逐次比较型AD 由一个比较器和DA 转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB 开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA 转换器输出进行比较，经n 次比较而输出 数字值。其电路规模属于中等，其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。 3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510） AD 连载之四－－－－－并行比较型A/D 转换器 并行比较型AD 采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。由于转换速率极高，n 位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD 转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD 结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD 转换器配合DA 转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为 Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD 转换的叫做分级 （Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为又可称为 又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD 中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD 速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。 7）流水线型A/D 转换器（串并行比较型，特例） （先理解理解并行并行并行比较比较 比较型型A D 转换转换器器原理原理！！！！） 为兼顾高速率和高精度的要求，流水线结构的A/D 转换器应运而生。这种A/D 转换器如图11-6所示，它结合了串行和闪烁[Flash]型ADC 的特点，采用基于
数模混合电路的设计(很详细规范)
目录： 前言 一、数模混合设计的难点 二、提高数模混合电路性能的关键 三、仿真工具在数模混合设计中的应用 四、小结 五、混合信号PCB设计基础问答 前言： 数模混合电路的设计，一直是困扰硬件电路设计师提高性能的瓶颈。众所周知，现实的世界都是模拟的，只有将模拟的信号转变成数字信号，才方便做进一步的处理。模拟信号和数字信号的转变是否实时、精确，是电路设计的重要指标。除了器件工艺，算法的进步会影响系统数模变换的精度外，现实世界中众多干扰，噪声也是困扰数模电路性能的主要因素。本文通过Ansoft公司的“AD-Mix Sig nal Noise Design Suites” 数模混合噪声仿真设计软件的对数模混合设计PCB 的仿真，探索分析数模混合电路的噪声干扰和优化设计的途径，以达到改善系统性能目的。 一、数模混合设计的难点 数模混合电路设计当中，干扰源、干扰对象和干扰途径的辨别是分析数模混合设计干扰的基础。通常的电路中，模拟信号上由于存在随时间变化的连续变化的电压和电流有效成分，在设计和调试过程中，需要同时控制这两个变量，而且他们对于外部的干扰更敏感，因而通常作为被干扰对象做分析；数字信号上只有随时间变化的门限量化后的电压成分，相比模拟信号对干扰有较高的承受能力，但是这类信号变化快，特别是变化沿速度快，还有较高的高频谐波成分，对外释放能量，通常作为干扰源。 作为干扰源的数字电路部分多采用CMOS工艺，从而导致数字信号输入端极高的输入电阻，通常在几十k欧到上兆欧姆。这样高的内阻导致数字信号上的电流非常微弱，因而只有电压有效信号在起作用，在数模混合干扰分析中，这类信号可以作为电压型干扰源，如CLK信号，Reset等信号。除了快速交变的数字信号，数字信号的电源管脚上，由于引脚电感和互感引起的同步开关噪声（SSN），也是数模混合电路中存在的重要一类电压型干扰源。此外，电路中还存在一些电流信号，特别是直流电源到器件负载之间的电源信号上有较大的电流，根据右手螺旋定理，电流信号周围会感应出磁场，进而引起变化的电场，在分析时，直流电源作为电流型干扰源。