模拟信号转数字信号的方式分析

（一）A-D转换

A-D转换是将输入的连续模拟信号转化为与其相对应的数字信号的过程。

A-D转换器能把输入的连续模拟信号变成与它相对应的数字信号，即能把被控对象的各种模拟信息变成微处理器系统可以识别的数字信息。

A-D转换器从原理上可分为逐位逼近式、双积分式、电压/频率式等多种。其中，电压/频率式A-D转换器接口电路简单，转换速度较慢，但精度较高，适合于远距离的数据传送；双积分式A-D转换速度更慢，但转换精度高，多用于数据采集系统；逐位逼近式A-D转换器的速度较快而精度也较高，是目前应用最多的一种。3种A-D转换器的对比见表4-1。A-D转换器的性能指标有分辨率、转换精度、线性误差、转换时间等。

表4-1　3种A-D转换器的对比

除了精度和分辨率外，A-D转换还有一个重要的性能指标即采样速率。采样速率用Samples/s来表示，即每秒采集的样点数，也可以看作是每秒采集的次数。如250ks/s，表示每秒中采集250k个数据点。

例如，AD7705/06是AD公司推出的较常用的16位2/3通道A-D转换芯片，它属于积分式的A-D转换器，常应用于通道前端的低频信号测量，如图4-4所示。AD7705/06具有分辨率高、动态范围广、自校准等特点，因而非常适合于工业控制、仪表测量等领域。其中，AD7705是双通道全差分模拟输入，AD7706是3通道差分模拟输入，二者都有一个差分基准输入。(www.xing528.com)

图4-4　AD7705/06内部结构及引脚

（二）V/F转换

V/F（电压/频率）转换是把输入的电压信号转换为频率信号的过程。V/F转换器输出信号的频率与输入信号的电压值成比例，故能把输入的电压信号转换成相对应的频率信号，又称之为电压控制（压控）振荡器（VCO）。由于频率信号抗干扰性好，便于隔离、远距离传输，也可以调制，所以，V/F转换器广泛地应用于调频、调相、A-D转换器、远距离遥测遥控设备中。此外，V/F转换器具有良好的精度、线性和积分输入特性，常能提供其他类型转换器无法达到的性能。

下面以电荷平衡式V/F转换电路为例说明V/F转换的原理和性能。

LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，能够实现电压信号和频率信号的相互转换。LM331的结构简单、应用范围广，可作高精度V/F转换器、A-D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器使用。LM331正常工作电压范围为4～40V，线性度好，最大非线性失真小于0.01%；工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性，转换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等转换电路，并且容易保证转换精度。