模数转换与数模转换

知识点：数模和模数转换

初始取得的信息都是模拟信号，若想要利用数字电路的强大功能进行处理，那首先得把这些模拟信号转换成以二进制表达的数字信号。这样才能在机器里运算处理，这个工作由模数转换器（A/D转换）完成;机器处理完成以后的数字信号，也必须再转换为模拟信号，才能为人类所用。这个过程是模数转换的逆向过程，由数模转换器（D/A转换）完成。我们以处理一个音频信号为例：

音频的数字化处理离我们最近的大约是各种“唱戏机”，一张TF卡,一个小小的机器就能闹得你头皮发麻。东西虽小，门道还满多的：首先得用话筒拾取声音，得到模拟音频信号，放大后送A/D变换转化为数字信号，再编码写入TF卡存储；重放时读取TF卡数据，解码为数字音频后送D/A变换还原为模拟音频，再经功率放大后送扬声器，我们才能听到声音。

A/D转换包含采样，保持，量化，编码4个过程：

一，采样与保持：

采样是指以一个相同的时间间隔，对连续变化的模拟信号采集样本值；而保持可以理解为当采样通道关闭后保持这个采集值以便进行下一步处理。如图：

图中我们采集了3个样本值：t1=0.8V,t2=1.2V,t3=1.8V,这3个样本值当然不能描述整个模拟正弦波信号。但是可以想象，如果采集点足够多足够密集，那么用这些离散的“点”信号来描述原有的模拟正弦波信号，那就比较完美了。采样点的多少由采样频率决定，采样频率越高，样本值越多，对模拟信号的表达也就越精细，但是数据量也会同步加大。工程师们总是可以在“够用”的前提下合理设置采样频率，这个我们不用操心。

经过采样，原本连续变化变化的模拟信号已经转换为一系列离散的“点”信号，成功迈出了数字化的第一步。值得注意的是这些点信号再咋个“密集”，它始终不是连续的，多多少少与原始模拟信号存在一定的差异而产生失真，我们姑且叫它采样失真。

二，量化：

量化是指以某个最小单位（即量化单位）的整数倍（用四舍五入法化整）来表达样本值。四舍五入的过程也会偏离样本信号的原始值而产生“失真”，这里叫它量化失真吧。不过如果我们把量化单位设置得足够小，那这种失真就基本可以忽略不计了，这个问题我们同样不用操心。量化精度可以从二进制码的位数看得出来，我们以8位量化为例，是指以8位二进制码表达一个采样值。8位二进制码最大值是8个1，转换为十进制数为255。也就是说在8位量化下我们可以把模拟信号的最大值255等分，足以见得其量化精度还是相当高的。量化单位越小，精度越高，但是数据也就加大了，比如8位量化可能就不够看了，可能得采用16位，也就是16个0和1才能表达一个采样值。所以，这里也有个够用和适度的问题。

严格说来数字信号也并不是那么完美，比如采样和量化过程多多少少都会造成信号失真，还有采样信号的干扰问题。所以在音响界，某些“金耳朵”级烧友是不屑于玩数字音乐的，认为“数字味”刺耳而推崇模拟就是这个原因。

回到正题，很显然经过量化，我们可以把采样值转换为倍数来表示，本例中假设量化单位为0.1V,则量化的结果是：t1=8,t2=12,t3=18…..

三，编码：

编码指以二进制码来表达量化值，并根据需要加入特定数码，比如纠错码之类。将本例前面量化得来的8，12，18转换为二进制码，得到1000，1100，10010。如果采用8位量化，不足8位前面加0，得到00001000，00001100，00010010，再用方波电压来表达这些二进制数，那么就完成了模拟信号到数字信号的转换过程。

呵呵，变得不认识了？是的，数字信号都长那样，任何一个模拟信号都可以转换成由一系列不同的高低电平组合来表达的数字信号，高低之间，包罗万千啊……

至于D/A转换，很显然是A/D转换的逆向过程，各位把A/D变换过程反过来看一遍就会明白了，不再多言。作为修理工，对于模拟与数字信号的相互转换了解个大概就行了，它有专门的电路自动完成完全不必去操心它怎么转，从维修角度来说只管把握好信号的输入输出就万事大吉。

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