模数转换器的基本原理及不同类型ADC特点.doc

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1、模数转换器的基本原理及不同类型ADC特点　　模数转换器通常将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号，ADC作为电路中重要的元器件，本文将介绍模数转换器的基本原理、转换步骤、主要技术指标以及不同类型ADC的特点。　　　　1模数转换器的基本原理　　将模拟量转换成数字量的过程称为“模数转换”。完成模数转换的电路称为模数转换器，简称ADC（AnalogtoDigitalConverter）。　　　　2实现模数转换的步骤　　模数转换一般要经过采样、保持和量化、编码这几个步骤。　　采样定理：当采样频率大于模拟信号中最

2、高频率成分的两倍时，采样值才能不失真的反映原来模拟信号。　　　　　　3模数转换器的主要技术指标　　转换精度集成ADC用分辨率和转换误差来描述转换精度。　　（1）分辨率　　通常以输出二进制或十进制数字的位数表示分辨率的高低，因为位数越多，量化单位越小，对输入信号的分辨能力就越高。　　例如：输入模拟电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以　　分辨的最小模拟电压为5V&TImes;2－8＝20mV；而输出12位二进制数可以　　分辨的最小模拟电压为5V&TImes;2－12≈1.22mV。　　（2）转换误差　

3、　它是指在零点和满度都校准以后，在整个转换范围内，分别测量各个数字量所对应的模拟输入电压实测范围与理论范围之间的偏差，取其中的最大偏差作为转换误差的指标。通常以相对误差的形式出现，并以LSB为单位表示。例如ADC0801的相对误差为±¼LSB。　　转换速度　　完成一次模数转换所需要的时间称为转换时间。大多数情况下，转换速度是转换时间的倒数。　　ADC的转换速度主要取决于转换电路的类型，并联比较型ADC的转换速度最高（转换时间可小于50ns），逐次逼近型ADC次之（转换时间在10～100μs之间），双积分型A

4、DC转换速度最低（转换时间在几十毫秒至数百毫秒之间）。　　　　4模数转换器的构成及不同类型模数转换器的特点　　模数转换器的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接ADC和直接ADC。　　间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，常用的有中间量是时间的双积分型ADC。　　直接ADC则直接转换成数字量，常用的有并联比较型ADC和逐次逼近型ADC。　　并联比较型ADC：由于并联比较型ADC采用各量级同时并行比较，各位输出码也是同时并行产生，所以转换速度快是它的突出优点，同时转换速

5、度与输出码位的多少无关。并联比较型ADC的缺点是成本高、功耗大。因为n位输出的ADC，需要2n个电阻，（2n－1）个比较器和D触发器，以及复杂的编码网络，其元件数量随位数的增加，以几何级数上升。所以这种ADC适用于要求高速、低分辩率的场合。逐次逼近型ADC：逐次逼近型ADC是另一种直接ADC，它也产生一系列比较电压VR，但与并联比较型ADC不同，它是逐个产生比较电压，逐次与输入电压分别比较，以逐渐逼近的方式进行模数转换的。逐次逼近型ADC每次转换都要逐位比较，需要（n+1）个节拍脉冲才能完成，所以它比并联比

6、较型ADC的转换速度慢，比双分积型ADC要快得多，属于中速ADC器件。另外位数多时，它需用的元器件比并联比较型少得多，所以它是集成ADC中，应用较广的一种。　　双积分型ADC：属于间接型ADC，它先对输入采样电压和基准电压进行两次积分，以获得与采样电压平均值成正比的时间间隔，同时在这个时间间隔内，用计数器对标准时钟脉冲（CP）计数，计数器输出的计数结果就是对应的数字量。双积分型ADC优点是抗干扰能力强；稳定性好；可实现高精度模数转换。主要缺点是转换速度低，因此这种转换器大多应用于要求精度较高而转换速度要求不

7、高的仪器仪表中，例如用于多位高精度数字直流电压表中。