ADC概念:它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件。
转换器的分类:积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行比较型 、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。
1).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/计数获得数字值。
2).逐次比较型 SAR :AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB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次比较而输出数字值。
3).并行比较型 /串并行比较型 :AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash(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。还有分成三步或多部实现AD转换的叫做分级(Multistep/Subrangling)型AD,而从转换时序角度又可称为流水线(Pipelined)型AD。
4). Σ-Δ (Sigma 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。
5).电容阵列逐次比较型 :AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式,也可称为电荷再分配型。
6).压频变换型 (如 AD650) :(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。
下面说一下我在网络看到对逐次逼近法较为通俗的理解:如图1
图1
逐次逼近转换过程和用天平称物重非常相似。天平称重物过程是从最重的砝码开始试放,与被称物体行进比较,若物体重于砝码则该砝码保留否则移去。再加上第二个次重砝码由物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去,照此一直加到最小一个砝码为止,将所有留下的砝码重量相加就得此物体的重量。
图1的电路,它由启动脉冲启动后,在第一个时钟脉冲作用下,控制电路使时序产生器的最高位置1,其他位置0,其输出经数据寄存器将1000……0,送入D/A转换器。输入电压首先与D/A器输出电压(VREF/2)相比较,如v1≥VREF/2,比较器输出为1,若vI<VREF/2,则为0。比较结果存于数据寄存器的Dn-1位。然后在第二个CP作用下,移位寄存器的次高位置1,其他低位置0。如最高位已存1,则此时v0=(3/4)VREF。于是v1再与(3/4)VREF相比较,如v1≥(3/4)VREF,则次高位Dn-2存1,否则Dn-2=0;如最高位为0,则v0=VREF/4,与v0比较,如v1≥VREF/4,则Dn-2位存1,否则存0……。以此类推,逐次比较得到输出数字量。
为了进一步理解逐次比较A/D转换器的工作原理及转换过程。下面用实例加以说明。
设图1电路为8位A/D转换器,输入模拟量vA=6.84V,D/A转换器基准电压VREF=10V。根据逐次比较D/A转换器的工作原理,可画出在转换过程中CP、启动脉冲、D7-D0及D/A转换器输出电压v0的波形,如图2所示。由图.2可知当启动脉冲低电平到来后转换开始在第一个CP作用下,数据寄存器将D7-D0=10000000送入D/A转换器,其输出电压v0=5V,vA与v0比较vA>v0存1;第二个CP到来时,寄存器输出D7-D0=11000000,v0为7.5V,vA再7.5V比较,因vA<7.5V,所以D6存0;输入第三个CP时,D7-D0=10100000,v0=6.25V;vA再与v0比较,……如此重复比较下去,经8个时钟周期,转换结束。由图中v0的波形可见,在逐次比较过程中,与输出数字量对应的模拟电压v0逐渐逼近vA值,最后得到A/D转换器转换结果D7-D0为10101111。该数字量所对应的模拟电压为6.8359375V与实际输入的模拟电压6.84V的相对误差仅为0.06%。
图2