AD转换

AD转换就是模数转换坐想光自妒选步效。顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号。主要包括积分型、逐次逼近型、并行比来自较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。

A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。

• 中文名称 AD转换
• 外文名称 Analog-to-Digital Convert
• 别称 模数转换
• 解释 把模拟信号转换成数字信号

分类

　　1)积分型(如TLC7135来自)

　　积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率， 但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初边践供切每期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流360百科。

　　2)逐次比较型(如TLC0831)

　　逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB足含开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比和明青风较而输出 数字值。其八香挥背海善电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率(<12位)时价格便宜，但高精度(>12位)时价格很高。

　　3)并行比较型/串并行比较型(如TLC5510)

　　并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FL帝双济理映修林ash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此唱走快说面知谓张电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。

　　串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为 Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级(Mul湖tistep/Sub数说少大土呀刚啊她正rangling)型AD，而从转换时序角度 又可称为流水线(Pipelined)型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运钟雨坐换限算而修正特性等功双用失万数务克景称德红能。这类AD速度比点开逐次比较型高，电路 规模比并行型小。

　　4)Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型(如AD7705)

　　Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。

　　5)电容阵列逐次比较型

　　电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器圆小民植王时才中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配行容副无末型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生善场育老连足成高 精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。

　　6)压频变换型(如AD650)

　开局望浓千兵罪配　压频变换型(Voltage-Frequency Converter)是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。马端律想子生英今单从理论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲厚刑方盾办个数的宽度。其优点是分辩率高、答云村为析意愿损扬命功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成AD转换。

技术指标

　　1)分辨率(Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2^n的比值。分辨率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。

　　2) 转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率 (Sample Rate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Msps，表 示每秒采样千/百万次(kilo / Million Samples per Second)。

　　3)量化误差 (Quantizing Error) 由于AD的有限分辨率而引起的误差，即有限分辨率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辨率AD(理想AD)的转移特 性曲线(直线)之间的最大偏差。通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。

　　4)偏移误差(Offset Error) 输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。

　　5)满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。

　　6)线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。

　　其他指标还有:绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真(Total Harmonic Distotortion缩写THD)和积分非线性。

原理

简介

　　A/D转换后，输出的数字信号可以有8位、10位、12位、14位和16位等。

　　A/D转换器的工作原理，主要介绍以下三种方法:

　　1来自.逐次逼近法;

　　2.双积分法;

　　3.电压频载慢免方率转换法。

　　A/D转换四步骤:采样、保持、量化、编码。

逐次逼近法

　　逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。

　　采用事压吧逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、些胶自曲关待住缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图所示。基本原理是从高360百科位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。参加独伟宽宗逐次逼近法转换过程是击入娘策渐找切持:初始化时将逐次逼近寄存器各位清零;转换开始时，先将逐次逼近寄存器育善部亲最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为 Vo，与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较，若Vo<Vi，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，强坚演言皮信输出的 Vo再与Vi比较，若Vo<Vi，该位1被保留，否则被清除。重复此困统过程，直至逼近寄存管燃器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。

逐次逼近式AD转换器原月理图

双积分法

　　采用双积分法的A/D转换器由常超以吸主指序石电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。如下图所示。

　　基本原理是将输外据类字哪差比入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属脚皇棉历领述力际于间接转换。 双积分法A/D转换的过程是:先将开关接通待转换的模拟量Vi，Vi采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间T的正向积分，时间T到后，开关再接伤武举座超通与Vi极性相反的基准电压VREF，将VREF输入到积分器，进胶行反向积分，直到输出为0V时停止积分。Vi越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。计数器在反向积分时间内所计的数 值，就是输入模拟电压Vi所对应的数阿都措编引试须进研字量，实现了A/D转换哥子乱艺。 双积分式AD转换原理图

双积分式AD转换器原理图

电压频率转换法

　　采用电压频率转换法的A/D转换器，由计数器、控制门及一个具有恒定时间的时钟门控制信号组成，如图4.23所示。

电压频率式AD转换器原理图

　　它的工作原理是V/F转换电较升企路把输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。电压频率转换法

　　电压频率转换法的工作过程是:当模拟电压Vi加到V/F的输入端，便产生频率F与Vi成正比的脉冲，在一定的时间内对该脉冲信号计数，时间到，统计到计数器的计数值正比于输入电压Vi，从而完成A/D转换。

　　2.A/D转换器性能指标 电压频率式AD转换原理图

　　分辨率

　　稳定时间(又称转换时间)

　　量程

　　精度