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模數(shù)轉(zhuǎn)換器

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模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。

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模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡介

模數(shù)轉(zhuǎn)換器特性

模數(shù)轉(zhuǎn)換器的種類很多，按工作原理的不同，可分成間接ADC和直接ADC。
間接ADC是先將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成時間或頻率，然后再把這些中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，常用的有中間量是時間的雙積分型ADC。直接ADC則直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，常用的有并聯(lián)比較型ADC和逐次逼近型ADC。
并聯(lián)比較型ADC：由于并聯(lián)比較型ADC采用各量級同時并行比較，各位輸出碼也是同時并行產(chǎn)生，所以轉(zhuǎn)換速度快是它的突出優(yōu)點(diǎn)，同時轉(zhuǎn)換速度與輸出碼位的多少無關(guān)。并聯(lián)比較型ADC的缺點(diǎn)是成本高、功耗大。因?yàn)閚位輸出的ADC，需要2n個電阻，（2n－1）個比較器和D觸發(fā)器，以及復(fù)雜的編碼網(wǎng)絡(luò)，其元件數(shù)量隨位數(shù)的增加，以幾何級數(shù)上升。所以這種ADC適用于要求高速、低分辯率的場合。逐次逼近型ADC：逐次逼近型ADC是另一種直接ADC，它也產(chǎn)生一系列比較電壓VR，但與并聯(lián)比較型ADC不同，它是逐個產(chǎn)生比較電壓，逐次與輸入電壓分別比較，以逐漸逼近的方式進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的。逐次逼近型ADC每次轉(zhuǎn)換都要逐位比較，需要（n+1）個節(jié)拍脈沖才能完成，所以它比并聯(lián)比較型ADC的轉(zhuǎn)換速度慢，比雙分積型ADC要快得多，屬于中速ADC器件。另外位數(shù)多時，它需用的元器件比并聯(lián)比較型少得多，所以它是集成ADC中，應(yīng)用較廣的一種。雙積分型ADC：屬于間接型ADC，它先對輸入采樣電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分，以獲得與采樣電壓平均值成正比的時間間隔，同時在這個時間間隔內(nèi)，用計數(shù)器對標(biāo)準(zhǔn)時鐘脈沖（CP）計數(shù)，計數(shù)器輸出的計數(shù)結(jié)果就是對應(yīng)的數(shù)字量。雙積分型ADC優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)；穩(wěn)定性好；可實(shí)現(xiàn)高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換。主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度低，因此這種轉(zhuǎn)換器大多應(yīng)用于要求精度較高而轉(zhuǎn)換速度要求不高的儀器儀表中，例如用于多位高精度數(shù)字直流電壓表中。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器百科

　　原理

　　概述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率是指，對于允許范圍內(nèi) 的模擬信號，它能輸出離散數(shù)字信號值的個數(shù)。這些信號值通常用二進(jìn)制數(shù)來存儲，因此分辨率經(jīng)常用比特作為單位，且這些離散值的個數(shù)是2的冪指數(shù)。例如，一個具有8位分辨率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以將模擬信號編碼成256個不同的離散值（因?yàn)?^8= 256），從0到255（即無符號整數(shù)）或從-128到127（即帶符號整數(shù)），至于使用哪一種，則取決于具體的應(yīng)用。分辨率同時可以用電氣性質(zhì)來描述，使用單位伏特。使得輸出離散信號產(chǎn)生一個變化所需的最小輸入電壓的差值被稱作最低有效位（Least significant bit， LSB）電壓。這樣，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率Q等于LSB電壓。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電壓分辨率等于它總的電壓測量范圍除以離散電壓間隔數(shù)：

　　這里N是離散電壓間隔數(shù)。

　　這里EFSR代表滿量程電壓范圍，即是總的電壓測量范圍，即輸入?yún)⒖几唠妷号c輸入?yún)⒖嫉碗妷旱牟钪担?］

　　這里VRefHi和VRefLow是轉(zhuǎn)換過程允許電壓的上下限。

　　正常情況下，電壓間隔數(shù)N=2^M，M為ADC模塊的精度的位數(shù)。

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