A/D轉換器原理

2021-01-14 電子產品世界

A/D轉換器原理

A/D轉換器是用來通過一定的電路將模擬量轉變為數字量。

模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、溼度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉換前，輸入到A/D轉換器的輸入信號必須經各種傳感器把各種物理量轉換成電壓信號。

A/D轉換後，輸出的數位訊號可以有8位、10位、12位和16位等。

A/D轉換器的工作原理
主要介紹以下三種方法：
逐次逼近法
雙積分法
電壓頻率轉換法

(1). 逐次逼近法
逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉換電路，轉換的時間為微秒級。
採用逐次逼近法的A/D轉換器是由一個比較器、D/A轉換器、緩衝寄存器及控制邏輯電路組成，如圖4.21所示。
基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。

逐次逼近法


圖4.21 逐次逼近式A/D轉換器原理框圖

逐次逼近法轉換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉換器，經D/A轉換後生成的模擬量送入比較器，稱為 Ｖo，與送入比較器的待轉換的模擬量Ｖi進行比較，若Ｖo

(2)雙積分法
採用雙積分法的A/D轉換器由電子開關、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。如圖4.22所示。
基本原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉換成數字量，屬於間接轉換。

雙積分法


圖4.22 雙積分式A/D轉換的原理框圖

雙積分法A/D轉換的過程是：先將開關接通待轉換的模擬量Ｖi，Ｖi採樣輸入到積分器，積分器從零開始進行固定時間Ｔ的正向積分，時間Ｔ到後，開關再接通與Ｖi極性相反的基準電壓ＶＲＥF，將ＶＲＥF輸入到積分器，進行反向積分，直到輸出為0V時停止積分。Ｖi越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時間也越長。計數器在反向積分時間內所計的數值，就是輸入模擬電壓Ｖi所對應的數字量，實現了A/D轉換。

(3)電壓頻率轉換法
採用電壓頻率轉換法的A/D轉換器，由計數器、控制門及一個具有恆定時間的時鐘門控制信號組成，如圖4.23所示。
它的工作原理是Ｖ/F轉換電路把輸入的模擬電壓轉換成與模擬電壓成正比的脈衝信號。

電壓頻率轉換法

圖4.23 電壓頻率式A/D轉換原理框圖

電壓頻率轉換法的工作過程是：當模擬電壓Ｖi加到V/F的輸入端，便產生頻率F與Vi成正比的脈衝，在一定的時間內對該脈衝信號計數，時間到，統計到計數器的計數值正比於輸入電壓Vi，從而完成A/D轉換。

2.A/D轉換器性能指標
解析度
穩定時間（又稱轉換時間）
量程
精度


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