ADC详解

ADC
ADC是模数转换器转换器 的供应商的英文简称,是一种能将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常是将信号采样并保持以后,再进行量化和编码,这两个过程是在转化的同时实现的。

ADC的转换步骤
  模数转换一般要经过采样、保持和量化、编码这几个步骤。在实际电路中,有些过程是合并进行的,如采样和保持,量化和编码在转换过程中是同时实现的。

  采样定理:当采样频率大于模拟信号中最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。

ADC的主要参数
  1. 转换精度
  集成ADC用分辨率和转换误差来描述转换精度。

  2. 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0~5 V,输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5 V×2-8=20 mV;而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5 V×2-12≈1.22 mV。

  3. 转换误差
  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±? LSB。

  4. 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50 ns),逐次逼近型ADC 次之(转换时间在10~100μs 之间),双积分型ADC 转换速度最低(转换时间在几十毫秒至数百毫秒之间)。

ADC的转换方法
  ADC的量化是将模拟信号量程分成许多离散量级,并确定输入信号所属的量级。编码是对每一量级分配唯一的数字码,并确定与输入信号相对应的代码。最普通的码制是二进制,它有2n个量级(n为位数),可依次逐个编号。模数转换的方法很多,从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。 直接法是直接将电压转换成数字量。它用数模网络输出的一套基准电压,从高位起逐位与被测电压反复比较,直到二者达到或接近平衡(见图)。控制逻辑能实现对分搜索的控制,其比较方法如同天平称重。先使二进位制数的最高位Dn-1=1,经数模转换后得到一个整个量程一半的模拟电压VS,与输入电压Vin相比较,若Vin>VS,则保留这一位;若VinVS还是Vin

  间接法不将电压直接转换成数字,而是首先转换成某一中间量,再由中间量转换成数字。常用的有电压-时间间隔(V/T)型和电压-频率(V/F)型两种,其中电压-时间间隔型中的双斜率法(又称双积分法)用得较为普遍

ADC的原理
  先设定一个数字量DA,并将DA经DAC转换成模拟量UA后,与待转换的模拟量UX比较,如果比较结果UA=UX,则可确定所转换成的数字量为DA。顺序脉冲发生器由5位环形计数器构成,输出5个时间上有一定先后顺序的CP脉冲,送给逐次逼近寄存器。

  逐次逼近寄存器由4个D触发器构成,在顺序脉冲CP1至CP2的推动下,记忆每次由电压比较器比较的结果,并进行修改设定向DAC提供新的二进制输入数码。待转换的模拟电压UX送到电压比较器的同相输入端,比较器的反相输入端为DAC输出的模拟电压UA,将最终比较结果经4个D触发器以数字量的形式输出,比而完成AD转换。

文章来源:Cheatscat的博客

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