A/D转换器及其原理解析

A/D是把模拟量转换为数字量的过程称为模/数转换，完成这种转换的电路叫模/数转换器（analog to digital converter），也称A/D转换器或ADC。

1.A/D转换基本原理

A/D转换的过程一般要经过采样、保持、量化和编码四个步骤，前两步在取样—保持电路中完成，后两步则在A/D转换器中完成。

A/D转换器转换方法主要分为三种，分别为并联比较型、双积分型及逐次逼近型转换器。

1）并联比较型A/D转换器

并联比较型A/D转换器是一种高速A/D转换器，并联型A/D转换器由基准电压、电阻分压器、电压比较器、寄存器和编码器等部分组成，其特点是转换速度快，但精度不高。

2）双积分型A/D转换器

双积分型A/D转换器又称为双斜率A/D转换器。图10-44是双积分型A/D转换器的原理框图。

图10-44　双积分型A/D转换器的原理框图

它由基准电压源、积分器、比较器、时钟脉冲输入控制门、n位二进制计数器、定时器和逻辑控制门电路组成，其特点是精度较高，抗干扰能力强，但转换速度慢。

3）逐次逼近型模-数转换器

逐次逼近型模-数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、模-数转换器和电压比较器等几部分组成，其特点是转换精度高。原理框图如图10-45所示。(www.xing528.com)

图10-45　逐次逼近型模-数转换器原理框图

转换开始，顺序脉冲发生器输出的顺序脉冲，首先将寄存器的最高位置“1”，经数-模转换器转换为相应的模拟电压UA送入比较器与待转换的输入电压Ui进行比较，若UA＞Ui，说明数字量过大，将最高位的“1”除去，而将次高位置“1”。若UA＜Ui，说明数字量还不够大，将最高位的“1”保留，并将次高位置“1”，这样逐次比较下去，一直到最低位为止。寄存器的逻辑状态就是对应于输入电压Ui的输出数字量。

2.常用A/D转换器指标

1）分辨率

分辨率是指A/D转换器输出数字量的最低位变化一个数码时，所对应输入模拟量的变化量。

通常以A/D转换器位数表示分辨率的高低，其位数越多，分辨能力越高。

2）转换误差

表示A/D转换器实际输出的数字量与理论上输出数字量之间的差别，转换误差常用最低有效位的倍数表示。

3）转换速度

A/D转换器从接收到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字量为止所需要时间。常用A/D转换器有ADC0808、ADC0809等，它们是8位A/D转换器，为逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。