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1、3.9A/D轉換器3.9.1A/D轉換器的分類及簡介常用的A/D轉換器有積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調制型、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換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器/計數器獲得數字值。優(yōu)點是具有高分辨率，缺點是由于轉換精度依賴于積分時間，因此轉換速率低。2.逐次比較型（如TLC0831）逐次比較型A/D由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內置DA轉換器輸出進行比較，經
2、n次比較而輸出數字值。優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辨率（<12位）時價格便宜，但高精度（>12位）時價格很高。3.并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）并行比較型A/D采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉換，又稱FLash(快速)型。由于轉換速率極高，n位的轉換需要2n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，適用于視頻A/D轉換器等速度特別高的領域。串并行比較型A/D轉換器結構上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型A/D轉換器配合DA轉換器組成，用兩次比較實行轉換，所以稱為Halfflash(半
3、快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn)A/D轉換的叫做分級（Multistep/Subrangling）型A/D，而從轉換時序角度又可稱為流水線（Pipelined）型A/D，現(xiàn)代的分級型A/D轉換器中還加入了對多次轉換結果作數字運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調制型（如A/D7705）Σ-Δ型A/D由積分器、比較器、1位DA轉換器和數字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉換成時間(脈沖寬度)信號，用數字濾波器處理后得到數字值。因此具有高分辨率，主要用于音頻和測量。5.電容陣列
4、逐次比較型97電容陣列逐次比較型A/D在內置DA轉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轉換器中多數電阻的值必須一致，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轉換器。最新的逐次比較型A/D轉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）是通過間接轉換方式實現(xiàn)模數轉換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉換成頻率，然后用計數器將頻率轉換成數字量。從理論上講這種A/D的分辨率幾乎可以
5、無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數的寬度。優(yōu)點是分辨率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數電路共同完成A/D轉換。3.9.2.A/D轉換器的主要技術指標1.分辨率(Resolution)指數字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辨率又稱精度，通常以數字信號的位數來表示。2.轉換速率(ConversionRate)是指完成一次從模擬轉換到數字的A/D轉換所需的時間的倒數。積分型A/D的轉換時間是毫秒級屬低速A/D，逐次比較型A/D是微秒級屬中速A/D，全并行/串并行型A/D可
6、達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率(SampleRate)必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數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的階梯狀轉移特性曲線與無限分辨率A/D（理想A/D）的轉移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1個或半個最小數字量的模擬變
7、化量，表示為1LSB、1/2LSB。4.偏移誤差(OffsetError)輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調至最小。5.滿刻度誤差(FullScaleError)滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。6.線性度(Linearity)實際轉換器的轉移函數與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。97其他指標還有：絕對精度(AbsoluteAccuracy)，相對精度(RelativeAccuracy)，微分非線性，單調性和無錯碼，總諧波失真（TotalHarmonicDistotortion縮寫THD）和積分非
8、線性。不同類型的ADC轉換器的結構、轉換原理和性能指標方面的差異很大。表3.9.1列出了常用類型的模數轉換器的主要特點和應用范圍。表3.9.1幾種模數轉換器的比較類型并行比較型分級型逐次逼近型Σ-Δ型積分型VFC型主要特點超高速高速速度、精度、價格
