• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.配置配件
  • 3.1.配置参数
  • 3.2.整机配件
  • 4.功能用途
  • 4.1.主要用途
  • 4.2.工作原理
  • 4.3.方式方法
  • 5.系列产品
  • 6.简介
  • 7.Dither信号
  • 8.举例说明
  • 9.参考资料

模数转换器

电子元件

模数转换器(Analog to digital converter)即A/D转换器,或简称ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件1

模数转换器的主要技术指标有分辨率,转换误差和转换时间2

模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。该电子元件一般要经过采样量化和编码这几个步骤2

基本信息

  • 中文名

    模数转换器3

  • 外文名

    analog to digital converter4

  • 作用

    模拟信号转变为数字信号

  • 别称

    A/D转换器

  • 种类

    间接ADC、直接ADC

  • 简称

    ADC

  • 本质

    电子元器件3

  • 领域

    数理科学3

配置配件

配置参数

1. 转换精度

(1)分辨率

A/D转换器的分辨率以输出二进制(或十进制)数的位数来表示。它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。从理论上讲,n位输出的A/D转换器能区分2个不同等级的输入模拟电压,能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。在最大输入电压一定时,输出位数愈多,分辨率愈高。例如A/D转换器输出为8位二进制数,输入信号最大值为5V,那么这个转换器应能区分出输入信号的最小电压为9.53mV5

(2)转换误差

转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。例如给出相对误差≤±LSB/2,这就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。

2 转换时间

转换时间是指A/D转换器从转换控制信号到来开始,到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间6

A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关。不同类型的转换器转换速度相差甚远。其中并行比较A/D转换器的转换速度最高,8位二进制输出的单片集成A/D转换器转换时间可达到50ns以内,逐次比较型A/D转换器次之,它们多数转换时间在10~50s以内,间接A/D转换器的速度最慢,如双积分A/D转换器的转换时间大都在几十毫秒至几百毫秒之间。在实际应用中,应从系统数据总的位数、精度要求、输入模拟信号的范围以及输入信号极性等方面综合考虑A/D转换器的选用。

整机配件

模数转换器的种类很多,按工作原理的不同,可分成间接ADC和直接ADC7

间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率,然后再把这些中间量转换成数字量,常用的有中间量是时间的双积分型ADC。

直接ADC则直接转换成数字量,常用的有并联比较型ADC和逐次逼近型ADC7

并联比较型ADC:由于并联比较型ADC采用各量级同时并行比较,各位输出码也是同时并行产生,所以转换速度快是它的突出优点,同时转换速度与输出码位的多少无关。并联比较型ADC的缺点是成本高、功耗大。因为n位输出的ADC,需要分压电阻image个,比较器和D触发器各image个,以及复杂的编码网络,其元件数量随位数的增加,以几何级数上升。所以这种ADC适用于要求高速、低分辩率的场合。

模数转换器

逐次逼近型ADC:逐次逼近型ADC是另一种直接ADC,它也产生一系列比较电压image,但与并联比较型ADC不同,它是逐个产生比较电压,逐次与输入电压分别比较,以逐渐逼近的方式进行模数转换的。逐次逼近型ADC每次转换都要逐位比较,需要(n+1)个节拍脉冲才能完成,所以它比并联比较型ADC的转换速度慢,比双分积型ADC要快得多,属于中速ADC器件。另外位数多时,它需用的元器件比并联比较型少得多,所以它是集成ADC中,应用较广的一种。

双积分型ADC:属于间接型ADC,它先对输入采样电压和基准电压进行两次积分,以获得与采样电压平均值成正比的时间间隔,同时在这个时间间隔内,用计数器对标准时钟脉冲(CP)计数,计数器输出的计数结果就是对应的数字量。双积分型ADC优点是抗干扰能力强;稳定性好;可实现高精度模数转换。主要缺点是转换速度低,因此这种转换器大多应用于要求精度较高而转换速度要求不高的仪器仪表中,例如用于多位高精度数字直流电压表中7

功能用途