A/D转换器按其输出的数字量的性质可以分为以下几种:
(1)并行输出A/D转换器:即将模拟量转换成并行输出的二进制数字量,输出二进制数字量的大小反映了相应模拟量的大小。输出二进制数字量的位数愈多其转换的精度愈高。
(2)电压频率变换器(VFC):即将模拟量转换成一系列的输出脉冲,并以单位时间内输出脉冲的个数(即频率)来反映输入模拟量的大小。单位时间内输出的脉冲频率越高,表示输入模拟量越大,反之就越小。
A/D转换器按其将模拟量数字化编码的方法可以分为:
(1)逐次比较型ADC:即将采样得到的模拟量与其内部的标准模拟电压逐次比较,按最接近的标准模拟电压的二进制编码作为输入模拟量的二进制编码输出。
(2)积分型ADC:常见的是双积分型,即将采样得到的模拟量与其内部的标准电压进行两次积分。
1.逐次比较
逐次比较ADC转换器由:采样保持电路、DAC、比较器、逐次逼近寄存器、时序及其他控制电路组成,核心是DAC和比较器。电路结构如图7.5所示。
图7.5 逐次比较ADC电路结构
逐次比较ADC使用二进制搜索算法,使得DAC的输出电压逼近输入模拟电压,对于N位转换器,至少需要N个转换周期。其转换过程大致如下:
(1)采样保持模拟输入电压Vin,送入比较器的一端。
(2)SAR最高位MSB预置1,其他位全部清0。
(3)DAC转换器输入1/2 Vref,并送入比较器的另一端。(www.xing528.com)
(4)如果Vin>1/2 Vref,那么比较器输出0,SAR最高位定位1;否则那么比较器输出1,SAR最高位定为0。这样ADC的最高位就确定了。
(5)接下来确定次高位,即先预置SAR的次高位为1,如果前一个转换周期确定的MSB=1,那么此时的DAC就输出3/4Vref,Vin与3/4Vref比较大小,从而确定SAR的次高位。若是前一个转换周期中确定的最高位MSB=0,那么此时DAC转换器输出1/4Vref,Vin与1/4Vref比较从而确定SAR的次高位。
(6)依次类推,直到SAR的最低位确定为止,SAR的值即为SAR型ADC的最终输出。
图7.6是一个3位的SAR-ADC工作过程中DAC转换器输出电压的示意图。
图7.6 SAR-ADC转换输出电压的示意图
2.双积分型
双积分型的ADC,如ICL7135,其特点是转换精度高、抗干扰能力强。但高位数的A/D转换器价格相对较高。双积分型A/D转换电路,具有电路体积小、成本低、性价比高、结构简单、调试容易和工作可靠等特点,有很好的实际应用价值。
图7.7 双积分型-ADC基本电路
双积分式ADC的基本电路如图7.7所示,运放A 1、R、C用来组成积分器,运放A2作为比较器。电路先对未知的模拟输入电压U1进行固定时间T1的积分,然后转为对标准电压U0进行反向积分,直到积分输出返回起始值,反向积分时间为T0。如图7.8所示,输入电压U1越大,则反向积分时间越长。整个采样期间,积分电容C上的充电电荷等于放电电荷,因而有由于U0及T1均为常数,因而反向积分时间T0与输入模拟电压U1成正比,此期间单片机的内部计数器计数值与信号电压的大小成正比,此计数值就是U1所对应的数字量。
图7.8 双积分AD转换波形
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