模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC摘要 模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。那么我們應(yīng)該如何選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器的類型則是最為重要的，以達到功能性和經(jīng)濟性的良好結(jié)合，以下便是我針對數(shù)模轉(zhuǎn)換器選擇的介紹。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇積分型積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定

2、時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。逐次比較型逐次比較型AD由一個比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。并行比較型/串并行比較型并行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個比較器。 串并行比較型Half flash(半快速)型：是由2個n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實行轉(zhuǎn)換。三步或多步實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱

3、為流水線（Pipelined）型AD，現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運算而修正特性等功能。-調(diào)制型-型AD由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度)信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。壓頻變換型壓頻變換型是通過間接轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。優(yōu)點缺點分析：我們選型的時候一般需要考慮以下一些參數(shù)：確定A/D轉(zhuǎn)換器的精度：精度是反映轉(zhuǎn)換器的實際輸出接近理想輸出的精確程度的物理量。分辯率(Resolution) 指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義

4、為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。量化誤差 (Quantizing Error) 由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1 個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。在轉(zhuǎn)化過程中，由于存在量化誤差和系統(tǒng)誤差，精度會有所損失。其中量化誤差對于精度的影響是可計算的，它主要決定于A/D轉(zhuǎn)換器件的位數(shù)。一般把8位以下的A/D轉(zhuǎn)換器稱為低分辨率ADC，912位稱為中分辨率ADC，13位以上為高分辨率。A/D器件的位數(shù)越高，分辨率越高，量化誤

5、差越小，能達到的精度越高。選擇A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn) 換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù)。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率 (Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次。選擇合適的量程模擬信號的動態(tài)范圍較大，有時還有可能出現(xiàn)負電壓。在選擇時，待測信號的動態(tài)范圍最好在A/D器件的量程范圍內(nèi)。選擇A/D器件的輸出接口A/D器件接口的種類很多，有并行總線接口的，有SPI、I2C、1-Wire等串行總線接口的。它們在原理和精度上相同，但是

6、控制方法和接口電路會有很大差異。選擇A/D器件的通道數(shù)和封裝這與系統(tǒng)有關(guān)，通道數(shù)要滿足整個采集系統(tǒng)的需要。封裝則決定PCB布板的時候的大小，而且在高速應(yīng)用的時候也影響連線的分布參數(shù)。選擇A/D器件溫度范圍這僅僅與一些苛刻的環(huán)境有關(guān)，注意每個AD有固定的應(yīng)用的溫度范圍。常用的選型表：進行數(shù)位選擇時的注意事項 常用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度多由其需求的精度來進行確定，這就要求我們在運用一定的算法的前提下，要總和對魔術(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的傳感器、轉(zhuǎn)換器、控制機構(gòu)、信號預(yù)處理電路和輸出電路的精度進行分析與控制。 一般情況下，我們在考慮兩個主要因素，即靜態(tài)精度和動態(tài)平滑性。其中，靜態(tài)精度是模擬信號在進行數(shù)字化轉(zhuǎn)化時所產(chǎn)生

7、的的誤差主體。 因此，我們在考慮其靜態(tài)精度時，要尤其注意輸入信號的量化誤差隨著信號轉(zhuǎn)化而在輸出信號時產(chǎn)生的誤差?，F(xiàn)在使用的大多數(shù)測量裝置的精度一般不小于0.1%，一般取0.05%-0.1%之間，與其相對應(yīng)的二進制數(shù)（包含號位）為11-12位，一次來提高靜態(tài)精度。如果其量程很大時，我們可以采用雙精度的轉(zhuǎn)換方案以滿足量程的需求。 當在進行動態(tài)平滑性考慮時，可以用軟件程度來模擬其數(shù)學(xué)模型的動態(tài)曲線，然后通過不斷的改變模擬的位數(shù)來對動態(tài)曲線進行調(diào)整，然后選取所需平滑程度的動態(tài)曲線，并確定出模擬該動態(tài)曲線所使用的位數(shù)。一般來說分辨率越高，平滑性越好。數(shù)位在13位以上的具有較高的分辨率，其平滑性較好；在9-12位間的位中等分辨率，其平滑性一般；在8位一下的位低