AD轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用

AD轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用一A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理A/DADC。A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化模擬量的四個步驟：采樣、保持、量化、編碼。SCPSSui(t）C充電，為采樣過程；S斷開時，C上的電壓保持不變，為保持過程。n位的二進(jìn)制數(shù)輸出。取樣定理將一個時間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成時間上離散的模擬量稱為采樣。1取樣定理：設(shè)取樣脈沖s（t）的頻率為fS，輸入模擬信號x(t）的最高頻率量的頻率為fmax，必須滿足 fsfaxy（t)才可以正確的反映輸入信號（從而能不失真地恢復(fù)原模擬信號).通常取fs＝（2。5～3）fmax.A/D,間。VTC(=uc)uI的變化而變化；無效期間，開關(guān)管VT(=uc)由于集成運放A具有很高的輸入阻抗，在保持階段，電容C上所存電荷不易泄放.)量化和編碼數(shù)字量最小單位所對應(yīng)的最小量值叫做量化單位△。將采樣－保持電路的輸出電壓歸化為量化單位△的整數(shù)倍的過程叫做量化。用二進(jìn)制代碼來表示各個量化電平的過程,叫做編碼。一個n位二進(jìn)制數(shù)只能表示2n這種誤差稱為量化誤差。量化級分得越多（n越大，量化誤差越小。劃分量化電平的兩種方法（a（b）量化誤差小采樣保持電路2Ht0時刻S閉合,C 被迅速充電電路處于采樣階段。由于兩個放大器的增益都H1uouiuo＝ui.t1,S斷開，電路處于保持階段.A2的輸入阻抗為無窮大，SCH沒有放電回uo維持不變。二AD轉(zhuǎn)換器的幾個重要參數(shù)1分辯率(Resolution)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。A/D換精度越高.0～5V85V×28＝20mV12位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小5V×212≈。22mV。轉(zhuǎn)換速率(ConversionAD轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù).積分型AD的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速AD,逐次比較型AD是微秒/AD(SampleRate)必須小ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次（kilo/MillionSamplesperSecon。量化誤差(QuantizingError)ADADAD（AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線11LSB、1/2LSB。偏移誤差(OffsetError)調(diào)至最小。滿刻度誤差(FullScaleError) 滿度輸出時對應(yīng)的輸入信號與理想輸入信號之差。（Linearity)上三種誤差。其他指標(biāo)還有：絕對精度(AbsoluteAccuracy)，相對精度（RelativeAccurac,（TotalHarmonicTHD）和積分非線性.3三AD轉(zhuǎn)換器的幾種類型A/D轉(zhuǎn)換器按照天平稱重的思路，逐次比較型A/D基本工作原理,時鐘脈沖首先將寄存器最高1100…0D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電uouiui＞uo，說明數(shù)字過大了，故將最高位1清除；若ui＜uo11是否應(yīng)該保留。這樣逐位比3A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換開始前，先使Q1=Q2=Q3=Q4=0,Q5=1,第一個CP到來后,Q1=1，Q2=Q3=Q4=Q5=0，于是FFA1，F(xiàn)FBFFC0.D/A轉(zhuǎn)換器輸入D/Auo.uoui＜uo時,uc=1;ui≥uo時,uc=0。第二個CP到來后,環(huán)形計數(shù)器右移一位,變成Q2=1，Q1=Q3=Q4=Q5=0，這時G1uc=1,FFA0uc=0,FFA1此同時，Q2FFB1。4CPFFC1G2FFB1狀態(tài)是否應(yīng)該保留.CPQ4=1，Q1=Q2=Q3=Q5=0G3打開，根據(jù)比較器的輸出決定FFC的1狀態(tài)是否應(yīng)該保留。CPQ5=1,Q1=Q2=Q3=Q4=0，F(xiàn)FAFFBFFC的狀G6、G7、G8送出。A/D轉(zhuǎn)換器1.1電路組成它由積分器（A組成、過零比較器（C、時鐘脈沖控制門和定時器/計數(shù)器（FF0～FFn）等幾部分組成。1。2工作原理準(zhǔn)備階段S2S2使斷開。第一次積分階段在轉(zhuǎn)換過程開始時t=1IvI加到積分器的0VvI積分:1v tvdtO 0 I〈vCGCP02n,F0~Fn1都翻0態(tài)，而Qn=1，開關(guān)S1AB點，第一次積分結(jié)束。第一次積分時間為：t=T1=2nTC在第一次積分結(jié)束時積分器的輸出電壓VP為：1V T1P

2nTV CVVI I(3）第二次積分階段5t=t1時,S1轉(zhuǎn)接到－VREFvI相反極性的基準(zhǔn)電壓－VREF加到積分器的輸入端;積分器開始向相反進(jìn)行第二次積分;t=t2v〉

OCO=0,GvCO的表達(dá)式可寫為

v (tO

) VP

t2t1 1t1

REF

)dt02 設(shè)T2=t－t2 V TREF 2

2nT CV I設(shè)在此期間計數(shù)器所累計的時鐘脈沖個數(shù)為λ,則T2=λTC2nTT CV2 V REF可見，T2與VI成正比,T2就是雙積分A/D轉(zhuǎn)換過程的中間變量。TT2

2n VV IC REF（n1…101內(nèi)VIVI〈VREF，轉(zhuǎn)換器就能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù).VREF=2nVλ=VI在數(shù)值上就等于被測電壓。在第二次積分階段結(jié)束后,控制電路又使開關(guān)S2閉合，電容C放電，積分回零電路 再次進(jìn)入準(zhǔn)備階段待下一次

(a)v

o t1 t2 t

轉(zhuǎn)換開始。s1 v(b) +Io tv (c)

o T1 o t1 v 2v pc(d)o tvG λ6(e)o T1 t3A/D轉(zhuǎn)換器它由電壓比較器、寄存器和代碼轉(zhuǎn)換器三部分組成。REFREF

分壓，得到從

1V15

到1315

REF

之間7個比較電平，

2V15

77C

C的輸~177個比較基準(zhǔn)進(jìn)行比較.~170≤ui＜V /15時，70，CP到來后，70。REF22

dd＝000.1V /15≤ui＜3V /15C11,CP1REF發(fā)器

REF2置1,其余觸發(fā)器仍為02

dd=001.13V /15ui＜5V /15C1C21,CPFF12121

置1.經(jīng)編碼器編碼后輸出的二進(jìn)制代碼為ddd＝010.5V /15≤ui＜7V /15時，比較器C1C2C31,CP到來后，觸發(fā)

REF、FF

、FF

REF1

dd=011。1 2 3 210依此類推，可以列出ui為不同等級時寄存器的狀態(tài)及相應(yīng)的輸出二進(jìn)制數(shù)。7輸入模擬電壓 寄存器狀態(tài)Q QQ QQQQQQDDD00000000000000001001000001101000001110110001111100001111110101111111101111111111

數(shù)字量輸出（代碼轉(zhuǎn)換器輸出）(0 ~

vI1)V15

7 6 5 4 3 2

2 1 0(1~3)V15 15 REF(3~5)V15

REF(5~7)V15

REF(7~9)VREF15 15(9~

11)V15 15 REF(11

~13)V15

REF(1315

~1四幾款常用的ADC介紹1 ADC0809ADC080988a/d轉(zhuǎn)換器,ADC08098A/D轉(zhuǎn)換器、8路多CMOSA/D轉(zhuǎn)換ADC08098A/D8個模擬通道,8A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用A/DOE2 AD574AD574是美國AD12位高速逐次逼近型模／數(shù)變換器.片內(nèi)自備s),8,為5邏輯電源為+5AD6503 MaximMAX13MAX10ADCMaxim推出了MAX1300-MAX1303及MAX1032—MAX1035系列16位/14ADC。該系列器件是首款具有±12VADC設(shè)備的每個輸入信道遠(yuǎn)程配置為特定的電壓范圍.每個輸入信道可配置為七種不ADI2C通信。4TLC5510TLC5510是美國ＴＩ公司生產(chǎn)的新型模數(shù)轉(zhuǎn)換器件AD，它是一種采用CMOSA/D20MSPS由于TLC5510采用了半閃速結(jié)構(gòu)及CMOS,因而大大減少了器件中比較器的數(shù)量，而且在高速轉(zhuǎn)換的同時能夠保持較低的功耗.在推薦工作條件下，TLC5510