A/D轉(zhuǎn)換器原理
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A/D轉(zhuǎn)換器原理
A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。
模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。
A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位和16位等。
A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。
采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖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(zhuǎn)換器原理框圖
逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為 Ｖo，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖi進行比較，若Ｖo<Ｖi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的 Ｖo再與Ｖi比較，若Ｖo<Ｖi，該位1被保留，否則被清除。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的控制下進行的。
(2)雙積分法
采用雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、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(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。
雙積分法
圖4.22 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換的原理框圖
雙積分法A/D轉(zhuǎn)換的過程是：先將開關(guān)接通待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖi，Ｖi采樣輸入到積分器，積分器從零開始進行固定時間Ｔ的正向積分，時間Ｔ到后，開關(guān)再接通與Ｖi極性相反的基準(zhǔn)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(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù)值，就是輸入模擬電壓Ｖi所對應(yīng)的數(shù)字量，實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。
(3)電壓頻率轉(zhuǎn)換法
采用電壓頻率轉(zhuǎn)換法的A/D轉(zhuǎn)換器，由計數(shù)器、控制門及一個具有恒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(zhuǎn)換電路把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與模擬電壓成正比的脈沖信號。
電壓頻率轉(zhuǎn)換法
圖4.23 電壓頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理框圖
電壓頻率轉(zhuǎn)換法的工作過程是：當(dāng)模擬電壓Ｖi加到V/F的輸入端，便產(chǎn)生頻率F與Vi成正比的脈沖，在一定的時間內(nèi)對該脈沖信號計數(shù)，時間到，統(tǒng)計到計數(shù)器的計數(shù)值正比于輸入電壓Vi，從而完成A/D轉(zhuǎn)換。
2.A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)
分辨率
穩(wěn)定時間（又稱轉(zhuǎn)換時間）
量程
精度
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