逐次逼近式模数转换器的工作原理及其应用

逐次逼近式A/D转换器由电压比较器、D/A转换器、控制逻辑电路、N位寄存器和锁存缓冲器组成，工作原理如图8.21所示。

逐次逼近的转换方法是用一系列的基准电压同输入电压比较，以逐位确定转换后数据的各位是1还是0，确定次序是从高位到低位进行。当模拟量输入信号（VX）送入比较器后，启动信号（START）通过控制逻辑启动A/D转换。

首先，控制逻辑使N位寄存器最高位（Dn-1）置1，其余位清0，经D/A转换后得到大小为1/2VREF的模拟电压VN，将VN与VX比较，若VX≥VN，则保留Dn-1＝1；若VX＜VN，则Dn-1位清0。随后控制逻辑使N位寄存器次高位Dn-2置1，经D/A转换后再与VX比较，确定次高位的取值。重复上述过程，直到确定出D0位为止，控制逻辑发出转换结束信号（EOC）。此时N位寄存器的内容就是A/D转换后的数字量数据，在锁存信号（OE）控制下由锁存缓存器输出。整个A/D转换过程类似于用砝码在天平上称物体的重量，是一个逐次比较逼近的过程，ADC0809就是采用这一工作原理的A/D转换芯片。

图8.21　逐次逼近式ADC工作原理图

A/D转换器的主要技术指标如下：

1.分辨率

分辨率是指A/D转换器对于输入模拟量变化的灵敏度。通常用数字量的位数来表示，加8位、10位、12位等。若分辨率为8位，则表示它可对满量程的1/256的变化量做出反应分辨率越高，对模拟量输入的微小变化反应越灵敏。

2.量程

量程是指A/D转换器所能转换的电压范围，如0～5V，0～10V等。(www.xing528.com)

3.转换精度

转换精度可表示成绝对精度和相对精度两种形式。

绝对精度指对应于一个给定的数字量的实际摸拟量输入与理论的模拟量输入的差值，常用数字量的位数赤表示绝对误差，如绝对误差为±1/2LSB（最低有效应）；相对精度指在整个转换范围内任一数字量所对应的摸拟量实际值与理论之差，用百分比来表示满量程时的相对精度，如±0.05%。注意：精度和分辨率是两个不同的概念，分辨率高的A/D转换器可能由于受温度漂移、线性不良等原因而导致精度不高。精度又可用分项误差形式给出，常用的分项误差有：线性误差、零点误差、满量程误差、微分线性误差。

线性误差：也称非线性误差或线性度，指A/D转换器实际输入特性曲线与理论输出特性的偏差。

零点误差：也称失调误差，指引起数字量输出由0～1所需要的输入电压与理论值的偏差。

满量程误差：也称增益误差，指满量程输出数值所对应的实际输入电压与理想值的偏差。

微分线性误差：也称微分非线性误差，指任意两个相邻数码对应的摸拟量的间隔值与理论间隔值的偏差。

4.转换速度

转换速度指完成一次A/D转换所需要的时间。