AD与DA接口电路

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1、3.9A/D转换器3.9.1A/D转换器的分类及简介常用的A/D转换器有积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。1.积分型（如TLC7135）积分型A/D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/计数器获得数字值。优点是具有高分辨率，缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率低。2.逐次比较型（如TLC0831）逐次比较型A/D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

2、n次比较而输出数字值。优点是速度较高、功耗低，在低分辨率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。3.并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）并行比较型A/D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，适用于视频A/D转换器等速度特别高的领域。串并行比较型A/D转换器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位的并行型A/D转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Halfflash(半

3、快速)型。还有分成三步或多步实现A/D转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型A/D，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型A/D，现代的分级型A/D转换器中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类A/D速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。4.Σ-Δ调制型（如A/D7705）Σ-Δ型A/D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。因此具有高分辨率，主要用于音频和测量。5.电容阵列

4、逐次比较型97电容阵列逐次比较型A/D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。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片A/D转换器。最新的逐次比较型A/D转换器大多为电容阵列式的。6.压频变换型（如AD650）压频变换型（Voltage-FrequencyConverter）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。从理论上讲这种A/D的分辨率几乎可以

5、无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。优点是分辨率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成A/D转换。3.9.2.A/D转换器的主要技术指标1.分辨率(Resolution)指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辨率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。2.转换速率(ConversionRate)是指完成一次从模拟转换到数字的A/D转换所需的时间的倒数。积分型A/D的转换时间是毫秒级属低速A/D，逐次比较型A/D是微秒级属中速A/D，全并行/串并行型A/D可

6、达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率(SampleRate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo/MillionSamplesperSecond）。3.量化误差(QuantizingError)由A/D的有限分辨率而引起的误差，即有限分辨率A/D的阶梯状转移特性曲线与无限分辨率A/D（理想A/D）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1个或半个最小数字量的模拟变

7、化量，表示为1LSB、1/2LSB。4.偏移误差(OffsetError)输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。5.满刻度误差(FullScaleError)满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。6.线性度(Linearity)实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。97其他指标还有：绝对精度(AbsoluteAccuracy)，相对精度(RelativeAccuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（TotalHarmonicDistotortion缩写THD）和积分非

8、线性。不同类型的ADC转换器的结构、转换原理和性能指标方面的差异很大。表3.9.1列出了常用类型的模数转换器的主要特点和应用范围。表3.9.1几种模数转换器的比较类型并行比较型分级型逐次逼近型Σ-Δ型积分型VFC型主要特点超高速高速速度、精度、价格