不同原理的AD转换技术.ppt

不同原理A/D转换电路的原理 引言 随着时代的发展，电子技术日趋于高精度化即数字化。然而，在实际应用中，我们所遇到的信号大都是连续变化的模拟量，因此，需要一种接口电路将模拟信号转换为数字信号。A/D转换器正是基于这种要求应运而生。 A/D转换电路过程 取样 保持 量化 编码  A/D转换器有直接转换法和间接转换法两大类。  直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比较，从而直接将模拟量转换成数字量。其特点是工作速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。直接A/D转换器有计数型、逐次比较型、并行比较型等。  间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量时间t或频率f, 然后再将t或f转换成数字量。其特点是工作速度较低，但转换精度可以做得较高，且抗干扰性强。间接A/D转换器有单次积分型、双积分型等。 A/D转换器的分类 常见的A/D转换电路 逐次逼近型A/D转换器 逐次逼近型A/D转换器原理图 逐次逼近型ADC 优点： (1)高速，转换速率高达100万次每秒(MSPS)。 (2)与其它ADC结构相比，功耗相当低。 (3)在要求分辨率很低(12位)情况下，价格较低。 缺点： (1）在要求毫分辨率(14位)情况 下，价格较高。 (2)从传感器产生的输出信号在进行数模转换之前通常对模拟信号进行调理，一般包括增益级和滤波，这样会明显提高成本。 并行比较型A/D转换器 量化电平依据有舍有入划分为7个电平。 量化单位为 Δ=(2/15)UREF 量化误差为 |εmax|= (1/15)UREF 电压比较器 U+≥U-时，Ci＝1； U+＜U-时，Ci＝0。 并行式A/D转换 优点： 它是模数转换中速度最高的； 缺点： (1)分辨率不太高； (2)面积和功耗大； (3)成本相当高； (4)需要2N一1比较器。 双积分型A/D转换器 基本原理：将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量。 先将开关接通待转换的模拟量Ｖi，Ｖi采样输入到积分器， 积分器从零开始进行固定时间Ｔ的正向积分，时间Ｔ到后，开关再接通与Ｖi极性相反的基准电压ＶＲＥF，将ＶＲＥF输入到积分器，进行反向积分，直到输出为0V时停止积分。Ｖi越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。计数器在反向积分时间内所计的数值，就是输入模拟电压Ｖi所对应的数字量，实现了A/D转换。 双积分型A/D转换 优点： (1)精度高； (2)功耗较低； (3)成本较低。 缺点： 转换速率受限制，转换精度随转换速率的增加而降低。 电压频率转换法 由计数器、控制门及一个具有恒定时间的时钟门控制信号组成，如图所示。 它的工作原理是Ｖ/F转换电路把输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。电压频率转换法 电压频率转换法的工作过程是：当模拟电压Ｖi加到V/F的输入端，便产生频率F与Vi成正比的脉冲，在一定的时间内对该脉冲信号计数，时间到，统计到计数器的计数值正比于输入电压Vi，从而完成A/D转换。 图5 电压频率式A/D转换原理框图 电压频率A/D转换 优点： (1)高精度； (2)功耗较低； (3)价格较低，但还需要附加的计数电路实现频率数字转换。 缺点： (1)类似积分型ADC，它的转换速率受限制，转换器的精度随转换速率增加而降低。100-300 SPS的转换速率对应的转换精度一般为12位。 (2)需要外部计数电路完成模数转换。 Σ一△ADC主要有两部分来组成：相对较小的模拟调制部分和较复杂的数字滤波部分。众所周知，ADC的模拟部分是影响它性能和面积的关键部分，而Σ一△ADC在获得很高分辨率的同时，仿真器件并不需要很高的匹配率，这样设计的过采样ADC不但精度高、功耗低，电路结构本身也具有数字信号处理能力，很容易制成低通过采样ADC和带通过采样ADC，而并不增加芯片面积。过采样ADC是通过提高数字电路的复杂度，而降低在模拟电路上的技术要求，换取精度的提高。这是它比其它ADC的独特的方面。 Σ-△A/D转换： 优点： (1)分辨率高达24位； (2)比积分型及压频变换型ADC的转换速率高； (3)采用混合信号CMOS制造工艺，在一块芯片上很容易实现低价格、高分辨率数据采集和数字信号处理； (4)由于采用高倍率过采样技术，降低了对传感器信号进行滤波的要求，实际上取消了信号调理。 A/D转换主要技术指标 精度：量化间隔(分辨率) = Vmax/电平数(即满量程值) 例：某8位ADC的满量程电压为5V，则其分辨率为 5V/256=19.6mV 量化误差: 用数字（离散）量表示连续量时，由于数字量字长有限而无法精确地表示连续量所造成的误差。 (字长越长，精度越高) A/D转换主要技术指标 例：满