A／D转换器的基础知识

集成a／d转换器通常采用逐次逼近式a／d转换器和双积分式a／d转换器。下面简要介绍这两种a／d转换器的基本原理。1．逐次逼近式a／d转换电路如图所示为逐次逼近式a／d转换电路的原理框图。

在图中，其核心部分是一个d／a转换器，其工作过程是：电路收到启动信号后，将逐次逼近寄存器置“0”，第一个cp脉冲到来时，逻辑控制电路首先将逐次逼近寄存器的最高位d_n-1置“1”，经过d／a转换变成模拟电压u_c，此电压与输入电压矶进行比较，如果u_i≥u_c，则保留这一位，否则该位置“0”。第二个cp脉冲到来时，逻辑控制电路使次高位d_n-2置“1”，并与d_n-1送入d／a转换器转换成模拟电压u_c，再次与输人电压u_i，进行比较。此过程不断进行下去，直到最后一位d_o比较完毕。此时逐次逼近寄存器中的ⅳ位数字量即为输人模拟电压u_i所对应的输出数字量。逐次逼近式a／d转换电路在转换速度和电路复杂程度之间有一个较好的折中，所以获得了广泛的应用。2，双积分式a／d转换电路如图所示为双积分式a／d转换电路原理框图。在图中，先将s置于矶端，积分器对输入信号进行积分，积分时间固定为γ，积分器的输出为

当t＝t时，s转为接－u_ref耐积分器，开始对参考电压u_ref积分，积分器输出从负值开始上升，当积分器输出上升到u_i＝0v时，第二次积分结束。设这段时间为δt，则有

由上式可知，δt正比于输人电压u_i，在δt内进行时钟脉冲计数，所计得的数字量正比于输人电压ｕ_i。如图所示为a／d转换电路的工作过程。双积分式a／d转换电路的转换精度很高，但转换速度较低。3．a/d转换器的主要技术指标①分辨率：对应于最小数字量的模拟电压值称 图双积分a／d转换过程波形图为分辨率，它表示对模拟信号进行数字化能够达到多细的程度。通常用数字量的位数表示，如8位、12位、16位分辨率等。若分辨率为8位，表示它可以对全量程的1/2⁸＝1/256的增量作出反应。分辨率越高，转换时对输人量的微小变化的反应越灵敏。②量程：即所转换的电压范围。单极性工作的芯片有以0v为基准的0～＋10v，0～－10v等；双极性工作的芯片有以0v为基准的±5v，±10v等。③精度：有绝对精度和相对精度两种表示法。对应一个给定的数字量的理论模拟量输人与实际模拟量输入之差称为绝对精度或绝对误差。绝对精度通常用最小有效位lsb的分数表不，如精度为±｝lss°通常用百钥卜比焉良示浦拿量程时的相叉扌误差，如±0．05％。④转换时间和转换率：完成一次a／d转换所需要的时间称为转换时间，转换时间的倒数称为转换率。不同形式、不同分辨率的器件，其转换时间的长短相差很大，可为几微妙到几百毫秒。在选择器件时，要根据应用的需要和成本，对这项指标加以考虑，有时还要同时考虑数据传输过程中转换器件的一些结构和特点。⑤输出逻辑电平：多数与ttl电平配合。在考虑数字输出量与微机数据nj线的关系时，还要对其他一些有关问题加以考虑，如是否要用三态逻辑输出、采用何种编码制式、是否需要对数据进行闩锁等。⑥对参考电压的要求：从前面钓叙述中可以看到，a／d转换和d／a转换都需要一定精度的参考电压源。所以在使用时，要考虑器件是否需要内部参考电压，或是否需要外部参考电压。