AD與DA接口電路

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1、3.9A/D轉(zhuǎn)換器3.9.1A/D轉(zhuǎn)換器的分類及簡(jiǎn)介常用的A/D轉(zhuǎn)換器有積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。1.積分型（如TLC7135）積分型A/D工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。優(yōu)點(diǎn)是具有高分辨率，缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換速率低。2.逐次比較型（如TLC0831）逐次比較型A/D由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)

2、n次比較而輸出數(shù)字值。優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辨率（<12位）時(shí)價(jià)格便宜，但高精度（>12位）時(shí)價(jià)格很高。3.并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）并行比較型A/D采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也高，適用于視頻A/D轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。串并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型A/D轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱為Halfflash(半

3、快速)型。還有分成三步或多步實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的叫做分級(jí)（Multistep/Subrangling）型A/D，而從轉(zhuǎn)換時(shí)序角度又可稱為流水線（Pipelined）型A/D，現(xiàn)代的分級(jí)型A/D轉(zhuǎn)換器中還加入了對(duì)多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運(yùn)算而修正特性等功能。這類A/D速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。4.Σ-Δ調(diào)制型（如A/D7705）Σ-Δ型A/D由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度)信號(hào)，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。因此具有高分辨率，主要用于音頻和測(cè)量。5.電容陣列

4、逐次比較型97電容陣列逐次比較型A/D在內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉(zhuǎn)換器中多數(shù)電阻的值必須一致，在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片A/D轉(zhuǎn)換器。最新的逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器大多為電容陣列式的。6.壓頻變換型（如AD650）壓頻變換型（Voltage-FrequencyConverter）是通過間接轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計(jì)數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種A/D的分辨率幾乎可以

5、無限增加，只要采樣的時(shí)間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個(gè)數(shù)的寬度。優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、功耗低、價(jià)格低，但是需要外部計(jì)數(shù)電路共同完成A/D轉(zhuǎn)換。3.9.2.A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率(Resolution)指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來表示。2.轉(zhuǎn)換速率(ConversionRate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速A/D，逐次比較型A/D是微秒級(jí)屬中速A/D，全并行/串并行型A/D可

6、達(dá)到納秒級(jí)。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率(SampleRate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次（kilo/MillionSamplesperSecond）。3.量化誤差(QuantizingError)由A/D的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率A/D的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辨率A/D（理想A/D）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變

7、化量，表示為1LSB、1/2LSB。4.偏移誤差(OffsetError)輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。5.滿刻度誤差(FullScaleError)滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。6.線性度(Linearity)實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。97其他指標(biāo)還有：絕對(duì)精度(AbsoluteAccuracy)，相對(duì)精度(RelativeAccuracy)，微分非線性，單調(diào)性和無錯(cuò)碼，總諧波失真（TotalHarmonicDistotortion縮寫THD）和積分非

8、線性。不同類型的ADC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換原理和性能指標(biāo)方面的差異很大。表3.9.1列出了常用類型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。表3.9.1幾種模數(shù)轉(zhuǎn)換器的比較類型并行比較型分級(jí)型逐次逼近型Σ-Δ型積分型VFC型主要特點(diǎn)超高速高速速度、精度、價(jià)格