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ADC轉換器分類(lèi)介紹，不再被技術(shù)指標所困擾

文章來(lái)源：永阜康科技更新時(shí)間：2019/9/24 9:32:00

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ADC轉換器的分類(lèi)
下面簡(jiǎn)要介紹常用的幾種基本原理及特點(diǎn)：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。

（1）積分型
積分型AD工作原理是將輸入電壓轉換成時(shí)間（脈沖寬度信號）或頻率（脈沖頻率），然后由定時(shí)器/計數器獲得數字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡(jiǎn)單電路就能獲得高分辨率，抗干擾能力強（為何抗干擾能力強，因為對于零點(diǎn)正負的白噪聲，可以通過(guò)積分將其濾掉。），但缺點(diǎn)是由于轉換精度依賴(lài)于積分時(shí)間，因此轉換速率極低。初期的單片AD轉換器大多采用積分型，現在逐次比較型已逐步成為主流。

（2）逐次比較型SAR
逐次比較型AD由一個(gè)比較器和DA轉換器通過(guò)逐次比較邏輯構成。從MSB開(kāi)始，按順序對每一位將輸入電壓與內置DA轉換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數字值。其電路規模屬于中等，其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時(shí)價(jià)格很高。

（3）并行比較型/串并行比較型
并行比較型AD采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉換，又稱(chēng)快速型。由于轉換速率極高，n位的轉換需要2n-1個(gè)比較器，因此電路規模也極大，價(jià)格也高，只適用于視頻AD轉換器等速度特別高的領(lǐng)域。

串并行比較型AD結構上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型AD轉換器配合DA轉換器組成，用兩次比較實(shí)行轉換，所以稱(chēng)為半快速型。還有分成三步或多步實(shí)現AD轉換的叫做分級（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉換時(shí)序角度又可稱(chēng)為流水線(xiàn)（Pipelined）型AD，現代的分級型AD中還加入了對多次轉換結果進(jìn)行數字運算而修正特性等功能。這類(lèi)AD的速度比逐次比較型高，電路規模比并行型小。

（4）Σ-Δ調制型（如AD7705）
Σ-Δ型AD由積分器、比較器、1位DA轉換器和數字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉換成時(shí)間（脈沖寬度）信號，用數字濾波器處理后得到數字值。電路的數字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。

（5）電容陣列逐次比較型
電容陣列逐次比較型AD在內置DA轉換器中采用電容矩陣方式，也可稱(chēng)為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉換器中多數電阻的值必須一致，但在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，就可以用低廉成本制成高精度單片AD轉換器。最近的逐次比較型AD轉換器大多為電容陣列式的。

（6）壓頻變換型（如AD650）
壓頻變換型轉換器（Voltage-Frequency Converter）是通過(guò)間接轉換方式實(shí)現模數轉換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉換成頻率，然后用計數器將頻率轉換成數字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無(wú)限增加，只要采樣的時(shí)間能夠滿(mǎn)足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個(gè)數的寬度。其優(yōu)點(diǎn)是分辯率高、功耗低、價(jià)格低，但是需要外部計數電路共同完成AD轉換。

AD轉換器的主要技術(shù)指標
（1）分辯率（Resolution）
指數字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號的變化量，定義為滿(mǎn)刻度與2^n的比值。通常以數字信號的位數來(lái)表示。

（2）轉換速率（Conversion Rate）
是指完成一次從模擬到數字的AD轉換所需時(shí)間的倒數。積分型AD的轉換時(shí)間是毫秒級，屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級，屬中速AD，而全并行/串并行型AD可達到納秒級。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率（Sample Rate）必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣于讓轉換速率的數值等同于采樣速率，這也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬(wàn)次（kilo/Million Samples per Second）。

（3）量化誤差（Quantizing Error）
由于A(yíng)D的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉移特性曲線(xiàn)與無(wú)限分辯率AD（理想AD）的轉移特性曲線(xiàn)（直線(xiàn)）之間的最大偏差。通常是1個(gè)或半個(gè)最小數字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。

（4）偏移誤差（Offset Error）
輸入信號為零時(shí)輸出信號不為零的值，可外接電位器調至最小。

（5）滿(mǎn)刻度誤差（Full Scale Error）
滿(mǎn)刻度輸出時(shí)對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。

（6）線(xiàn)性度（Linearity）
實(shí)際轉換器的轉移函數與理想直線(xiàn)的最大偏移，不包括以上三種誤差。在說(shuō)精度之前，首先要說(shuō)分辨率。最近已經(jīng)有貼子專(zhuān)門(mén)討論了這個(gè)問(wèn)題，結論是分辨率決不等同于精度。比如一塊精度0.2%（或常說(shuō)的準確度0.2級）的四位半萬(wàn)用表，測得A點(diǎn)電壓1.0000V，B點(diǎn)電壓1.0005V，可以分辨出B比A高0.0005V，但A點(diǎn)電壓的真實(shí)值可能在0.9980~1.0020之間不確定。

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