A/D轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)知識(shí)
出處:mavinger 發(fā)布于:2008-12-06 16:20:18
集成A/D轉(zhuǎn)換器通常采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。下面簡(jiǎn)要介紹這兩種A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理。
1.逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路
如圖所示為逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路的原理框圖。

在圖中,其部分是一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器,其工作過(guò)程是:電路收到啟動(dòng)信號(hào)后,將逐次逼近寄存器置“0”,個(gè)CP脈沖到來(lái)時(shí),邏輯控制電路首先將逐次逼近寄存器的位Dn-1置“1”,經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換變成模擬電壓Uc,此電壓與輸入電壓磯進(jìn)行比較,如果Ui≥Uc,則保留這一位,否則該位置“0”。第二個(gè)CP脈沖到來(lái)時(shí),邏輯控制電路使次高位Dn-2置“1”,并與Dn-1送入D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓Uc,再次與輸人電壓Ui,進(jìn)行比較。此過(guò)程不斷進(jìn)行下去,直到一位Do比較完畢。此時(shí)逐次逼近寄存器中的Ⅳ位數(shù)字量即為輸人模擬電壓Ui所對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)字量。
逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路在轉(zhuǎn)換速度和電路復(fù)雜程度之間有一個(gè)較好的折中,所以獲得了廣泛的應(yīng)用。
2,雙積分式A/D轉(zhuǎn)換電路
如圖所示為雙積分式A/D轉(zhuǎn)換電路原理框圖。
在圖中,先將S置于磯端,積分器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行積分,積分時(shí)間固定為Γ,積分器的輸出為

當(dāng)t=T時(shí),S轉(zhuǎn)為接-Uref耐積分器,開始對(duì)參考電壓Uref積分,積分器輸出從負(fù)值開始上升,當(dāng)積分器輸出上升到ui=0V時(shí),第二次積分結(jié)束。設(shè)這段時(shí)間為ΔT,則有


由上式可知,ΔT正比于輸人電壓Ui,在ΔT內(nèi)進(jìn)行時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù),所計(jì)得的數(shù)字量正比于輸人電壓Ui。如圖所示為A/D轉(zhuǎn)換電路的工作過(guò)程。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換很高,但轉(zhuǎn)換速度較低。
3.A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)
①分辨率:對(duì)應(yīng)于數(shù)字量的模擬電壓值稱 圖雙積分A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程波形圖為分辨率,它表示對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化能夠達(dá)到多細(xì)的程度。通常用數(shù)字量的位數(shù)表示,如8位、12位、16位分辨率等。若分辨率為8位,表示它可以對(duì)全量程的1/28=1/256的增量作出反應(yīng)。分辨率越高,轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸人量的微小變化的反應(yīng)越靈敏。
②量程:即所轉(zhuǎn)換的電壓范圍。單極性工作的芯片有以0V為基準(zhǔn)的0~+10V,0~-10V等;雙極性工作的芯片有以0V為基準(zhǔn)的±5V,±10V等。
?、郏河泻拖鄬?duì)兩種表示法。對(duì)應(yīng)一個(gè)給定的數(shù)字量的理論模擬量輸人與實(shí)際模擬量輸入之差稱為或誤差。通常用有效位LSB的分?jǐn)?shù)表不,如為±}LSs°通常用百鑰卜比焉良示浦拿量程時(shí)的相叉扌誤差,如±0.05%。
?、苻D(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率:完成A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間,轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)稱為轉(zhuǎn)換率。不同形式、不同分辨率的器件,其轉(zhuǎn)換時(shí)間的長(zhǎng)短相差很大,可為幾微妙到幾百毫秒。在選擇器件時(shí),要根據(jù)應(yīng)用的需要和成本,對(duì)這項(xiàng)指標(biāo)加以考慮,有時(shí)還要同時(shí)考慮數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中轉(zhuǎn)換器件的一些結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。
⑤輸出邏輯電平:多數(shù)與TTL電平配合。在考慮數(shù)字輸出量與微機(jī)數(shù)據(jù)nJ線的關(guān)系時(shí),還要對(duì)其他一些有關(guān)問(wèn)題加以考慮,如是否要用三態(tài)邏輯輸出、采用何種編碼制式、是否需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行閂鎖等。
?、迣?duì)參考電壓的要求:從前面釣敘述中可以看到,A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換都需要一定的參考電壓源。所以在使用時(shí),要考慮器件是否需要內(nèi)部參考電壓,或是否需要外部參考電壓。
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