模拟数字转换器即A/D转换器,或简称ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义,仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准,比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

1.AD转换器的工作原理

这种转换器的基本原理是把输入的模拟信号按规定的时间间隔采样,并与一系列标准的数字信号相比较,数字信号逐次收敛,直至两种信号相等为止。然后显示出代表此信号的二进制数,模拟数字转换器有很多种,如直接的、间接的、高速高精度的、超高速的等。每种又有许多形式。同模拟数字转换器功能相反的称为“数字模拟转换器”,亦称“译码器”,它是把数字量转换成连续变化的模拟量的装置,也有许多种和许多形式。

AD转换器的工作原理

2.AD转换器分类

模数转换器的种类很多,按工作原理的不同,可分成间接ADC和直接ADC。

间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率,然后再把这些中间量转换成数字量,常用的有中间量是时间的双积分型ADC。

并联比较型ADC:由于并联比较型ADC采用各量级同时并行比较,各位输出码也是同时并行产生,所以转换速度快是它的突出优点,同时转换速度与输出码位的多少无关。并联比较型ADC的缺点是成本高、功耗大。因为n位输出的ADC,需要2n个电阻,(2n-1)个比较器和D触发器,以及复杂的编码网络,其元件数量随位数的增加,以几何级数上升。所以这种ADC适用于要求高速、低分辩率的场合。

逐次逼近型ADC:逐次逼近型ADC是另一种直接ADC,它也产生一系列比较电压VR,但与并联比较型ADC不同,它是逐个产生比较电压,逐次与输入电压分别比较,以逐渐逼近的方式进行模数转换的。逐次逼近型ADC每次转换都要逐位比较,需要(n+1)个节拍脉冲才能完成,所以它比并联比较型ADC的转换速度慢,比双分积型ADC要快得多,属于中速ADC器件。另外位数多时,它需用的元器件比并联比较型少得多,所以它是集成ADC中,应用较广的一种。

双积分型ADC:属于间接型ADC,它先对输入采样电压和基准电压进行两次积分,以获得与采样电压平均值成正比的时间间隔,同时在这个时间间隔内,用计数器对标准时钟脉冲(CP)计数,计数器输出的计数结果就是对应的数字量。双积分型ADC优点是抗干扰能力强;稳定性好;可实现高精度模数转换。主要缺点是转换速度低,因此这种转换器大多应用于要求精度较高而转换速度要求不高的仪器仪表中,例如用于多位高精度数字直流电压表中。

AD转换器分类

3.AD转换器技术参数

1、分辨率

A/D转换器的分辨率以输出二进制(或十进制)数的位数来表示。它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。从理论上讲,n位输出的A/D转换器能区分2n个不同等级的输入模拟电压,能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。在最大输入电压一定时,输出位数愈多,分辨率愈高。例如A/D转换器输出为8位二进制数,输入信号最大值为5V,那么这个转换器应能区分出输入信号的最小电压为19.53mV。

2、转换误差

转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。例如给出相对误差不大于±LSB/2,这就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。

AD转换器技术参数

4.AD转换器的作用

模拟数字转换器即A/D转换器,或简称ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。

AD转换器的作用