逐位逼近式AD轉(zhuǎn)換原理圖一個(gè)n位AD轉(zhuǎn)換器的模數(shù)課件

河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系第三講數(shù)據(jù)采集一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式三、采樣保持器四、A/D轉(zhuǎn)換器五、模擬多路開關(guān)河第三講數(shù)據(jù)采集一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成1一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成傳感器輸出的信號經(jīng)預(yù)處理變?yōu)槟M電壓信號后，需轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能進(jìn)行數(shù)字顯示或送入計(jì)算機(jī)。這種將模擬信號數(shù)字化的過程稱為數(shù)據(jù)采集。一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成傳感器輸出的信號經(jīng)預(yù)處理變?yōu)槟M2系統(tǒng)配置①傳感器—將非電量轉(zhuǎn)換為電信號。②多路開關(guān)（MUX）—分時(shí)切換各路模擬量與采樣／保持器的通路。③放大器（IA）—多為程控放大器，對模擬信號進(jìn)行放大。④采樣/保持器（S/H）—保持模擬信號電壓。⑤A/D轉(zhuǎn)換器—將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。⑥接口電路—將數(shù)字信號進(jìn)行整形電平調(diào)整。系統(tǒng)①傳感器—將非電量轉(zhuǎn)換為電信號。②多路開關(guān)（MUX3傳感器圖7-2-1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放大器采樣/保持器傳感器傳感器傳感器…A/D轉(zhuǎn)換器計(jì)算機(jī)顯示器打印機(jī)繪圖機(jī)定時(shí)與邏輯控制傳感器傳感器接口被測物理量數(shù)字信號開關(guān)信號…多路開關(guān)傳感器圖7-2-1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放大采傳感器傳感器傳感器…4二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

1、同時(shí)采集式

可對各通首傳感器輸出量進(jìn)行同時(shí)采樣保持、分時(shí)轉(zhuǎn)換和存儲，可保證獲得各采樣點(diǎn)同一時(shí)刻的模擬量。如圖7-2-2所示為同時(shí)采集的框圖。二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式1、同時(shí)采集式可對各通5圖7-2-2同時(shí)采集圖7-2-2同時(shí)采集62、分時(shí)采集式

每采樣一次便進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換并送入內(nèi)存后方才對下一采樣點(diǎn)采樣。具有通用性、傳感器與儀表放大器匹配靈活，但對MUX的精度要求很高，因?yàn)檩斎氲哪M量往往是μV級的。如圖7-2-3所示為分時(shí)采集框圖。2、分時(shí)采集式每采樣一次便進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換并送入7圖7-2-3分時(shí)采集圖7-2-3分時(shí)采集83、高速采集式

對多個(gè)模擬信號的同時(shí)實(shí)時(shí)測量很有必要。在各個(gè)輸入信號以一個(gè)公共點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)，公共點(diǎn)可能與IA和ADC的參考點(diǎn)處于不同電位而引入干擾電壓UN，從而造成測量誤差。如圖7-2-4所法為高速采框圖。3、高速采集式對多個(gè)模擬信號的同時(shí)實(shí)時(shí)測量很有必要9圖7-2-4高速采集圖7-2-4高速采集104、差動(dòng)結(jié)構(gòu)

如圖7-2-5所示為差動(dòng)結(jié)構(gòu)配置方式。采用差動(dòng)配置方式可抑制共模干擾，其中MUX可采用雙輸出器件，也可用兩個(gè)MUX并聯(lián)。4、差動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖7-2-5所示為差動(dòng)結(jié)構(gòu)配置方式。11圖7-2-5差動(dòng)結(jié)構(gòu)圖7-2-5差動(dòng)結(jié)構(gòu)12三、采樣/保持器當(dāng)某一通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，如果輸入信號變化較快，就會引起較大的轉(zhuǎn)換誤差。為了保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，需要應(yīng)用采樣保持器。三、采樣/保持器當(dāng)某一通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由于A/13采樣保持電路（S/H）由MOS管采樣開關(guān)T、保持電容Ch和運(yùn)放構(gòu)成的跟隨器三部分組成。采樣控制信號S(t)=1時(shí)，T導(dǎo)通，Vin向Ch充電，Vc和Vout跟蹤Vin變化，即對Vin采樣。S(t)=0時(shí)，T截止，Vout將保持前一瞬間采樣的數(shù)值不變。＋－ChTVoutVin采樣控制S(t)采樣保持電路（S/H）由MOS管采樣開關(guān)T、保持電容Ch和運(yùn)141、信號采樣的過程采樣器或采樣開關(guān)--執(zhí)行采樣動(dòng)作的裝置；采樣時(shí)間或采樣寬度τ--采樣開關(guān)每次閉合的時(shí)間；采樣周期T--采樣開關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔τ<<T,可近似認(rèn)為是在采樣開關(guān)閉合時(shí)的瞬時(shí)值.1、信號采樣的過程采樣器或采樣開關(guān)--執(zhí)行采樣動(dòng)作的裝置；152、采樣定理采樣頻率越高，采樣信號y*(t)越接近原信號y(t)，但若采樣頻率過高，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中將會占用大量時(shí)間在采樣上，從而失去了實(shí)時(shí)控制的機(jī)會。為了使采樣信號y*(t)既不失真，又不會因頻率太高而浪費(fèi)時(shí)間，我們可依據(jù)香濃采樣定理。香濃定理指出：為了使采樣信號y*(t)能完全復(fù)現(xiàn)原信號y(t)，采樣頻率f至少要為原信號最高有效頻率fmax的2倍，即f

2fmax。實(shí)際應(yīng)用中，常取f（5-10）fmax。2、采樣定理采樣頻率越高，采樣信號y*(t)越接近16

在A/D通道中，采樣保持器的采樣和保持電平應(yīng)與后級的A/D轉(zhuǎn)換相配合，該電平信號既可以由其它控制電路產(chǎn)生，也可以由A/D轉(zhuǎn)換器直接提供?？傊?，保持器在采樣期間，不啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，而一旦進(jìn)入保持期間，則立即啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，從而保證A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的模擬輸入電壓恒定，以確保A/D轉(zhuǎn)換精度。在A/D通道中，采樣保持器的采樣和保持電平應(yīng)與17典型的采樣保持電路—LF198

圖7-2-6采樣保持電路典型的采樣保持電路—LF198圖7-2-6采樣保持電路18四、A/D轉(zhuǎn)換器A／D轉(zhuǎn)換器是一種將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件，通常也稱為ADC。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，傳感器的輸出大部分為模擬信號(電壓、電流)，而計(jì)算機(jī)只能接收數(shù)字量。為此，需要在傳感器與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，以便將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的二進(jìn)制數(shù)字信號。因此A／D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到測量的準(zhǔn)確度、分辨力和轉(zhuǎn)換速度。

四、A/D轉(zhuǎn)換器A／D轉(zhuǎn)換器是一種將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字191、ADC的主要類型1）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理2）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理3）電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理1、ADC的主要類型1）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理201）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理

一個(gè)n位A/D轉(zhuǎn)換器是由n位寄存器、n位D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算比較器、控制邏輯電路、輸出鎖存器等五部分組成。如圖為逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖，可以4位A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量9轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)1001。

1）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理一個(gè)n位A/D轉(zhuǎn)換器是由21

圖7-2-6逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理圖

圖7-2-6逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理圖22

一個(gè)n位A/D轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換表達(dá)式是

式中n——n位A/D轉(zhuǎn)換器；VR+、VR-——基準(zhǔn)電壓源的正、負(fù)輸入；VIN——要轉(zhuǎn)換的輸入模擬量；B——轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)字量。即當(dāng)基準(zhǔn)電壓源確定之后，n位A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量B與要轉(zhuǎn)換的輸入模擬量VIN呈正比。一個(gè)n位A/D轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換表達(dá)式是232）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理圖7-2-7雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理圖

2）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理圖7-2-7雙積分式A/24

雙積分型ADC的轉(zhuǎn)換周期有兩個(gè)單獨(dú)的積分區(qū)間組成。未知電壓在已知時(shí)間內(nèi)進(jìn)行定時(shí)積分,然后轉(zhuǎn)換為對參比電壓反向定壓積分,直至積分輸出返回到初始值。雙積分ADC測量的是信號平均值。此種A/D轉(zhuǎn)換器的常用品種有輸出為3位半BCD碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)）的ICL7107、MC14433、輸出為4位半BCD碼的ICL7135等。雙積分型ADC的轉(zhuǎn)換周期有兩個(gè)單獨(dú)的積分區(qū)間組成。未253）電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理電壓/頻率式轉(zhuǎn)換器--簡稱V/F轉(zhuǎn)換器，是把模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號的器件。V/F轉(zhuǎn)換的方法--實(shí)現(xiàn)V/F轉(zhuǎn)換的方法很多，現(xiàn)以常見的電荷平衡V/F轉(zhuǎn)換法說明其轉(zhuǎn)換原理，如圖7-2-8（a）、（b）所示。3）電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理電壓/頻率式轉(zhuǎn)換器--簡稱V/26圖7-2-8電荷平衡式V/F轉(zhuǎn)換原理(a)電路原理圖

圖7-2-8電荷平衡式V/F轉(zhuǎn)換原理(a)電路原理圖27

由積分器、比較器和整形電路構(gòu)成的VFC電路，把模擬電壓變換成相應(yīng)頻率的脈沖信號，其頻率正比于輸入電壓值，然后用頻率計(jì)測量。VFC能快速響應(yīng)，抗干擾性能好，能連續(xù)轉(zhuǎn)換，適用于輸入信號動(dòng)態(tài)范圍寬和需要遠(yuǎn)距離傳送的場合，但轉(zhuǎn)換速度慢。由積分器、比較器和整形電路構(gòu)成的VFC電路，把模擬電282、ADC的主要性能指標(biāo)

分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器對微小輸入信號變化的敏感程度。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對輸入量微小變化的反應(yīng)越靈敏。通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位、12位等。分辨率為n，表示它可以對滿刻度的1/2n的變化量作出反應(yīng)。即：分辨率=滿刻度值/2n

1）分辨率2、ADC的主要性能指標(biāo)分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器對微小29所謂絕對誤差，是指對應(yīng)于一個(gè)給定數(shù)字量A/D轉(zhuǎn)換器的誤差，其誤差的大小由實(shí)際模擬量輸入值和理論值之差來度量。絕對誤差包括增益誤差，零點(diǎn)誤差和非線性誤差等。相對誤差是指絕對誤差與滿刻度值之比，一般用百分?jǐn)?shù)來表示，對A/D轉(zhuǎn)換器常用最低有效值的位數(shù)LSB來表示，1LSB=1／2n。2）轉(zhuǎn)換精度

A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度可以用絕對誤差和相對誤差來表示。所謂絕對誤差，是指對應(yīng)于一個(gè)給定數(shù)字量A/D轉(zhuǎn)換器的30A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間。如逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為微秒級，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為毫秒級。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間。如逐31五、模擬多路開關(guān)由于計(jì)算機(jī)的工作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于被測參數(shù)的變化，因此一臺計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可供幾十個(gè)檢測回路使用，但計(jì)算機(jī)在某一時(shí)刻只能接收一個(gè)回路的信號。所以，必須通過多路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)多選1的操作，將多路輸入信號依次地切換到后級。如集成電路芯片CD4051(雙向、單端、8路)、CD4052(單向、雙端、4路)、AD7506(單向、單端、16路)等。五、模擬多路開關(guān)由于計(jì)算機(jī)的工作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于被測參數(shù)32

CD4051由電平轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動(dòng)及開關(guān)電路三部分組成。當(dāng)禁止端為“1”時(shí)，前后級通道斷開，即S0-S7端與Sm端不可能接通；當(dāng)為“0”時(shí)，則通道可以被接通，通過改變控制輸入端C、B、A的數(shù)值，就可選通8個(gè)通道S0-S7中的一路。比如：當(dāng)C、B、A=000時(shí)，通道S0選通；當(dāng)C、B、A=001時(shí)，通道S通；……當(dāng)C、B、A=111時(shí)，通道S7選通。其結(jié)構(gòu)圖如圖7-2-9所示，其真值表如下表所示。模擬多路開關(guān)CD4051CD4051由電平轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動(dòng)及開關(guān)電路三部分組成33圖7-2-9CD4051結(jié)構(gòu)圖組成：邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制譯碼器及8個(gè)開關(guān)電路。圖7-2-9CD4051結(jié)構(gòu)圖組成：邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制34逐位逼近式AD轉(zhuǎn)換原理圖一個(gè)n位AD轉(zhuǎn)換器的模數(shù)課件35河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系第三講數(shù)據(jù)采集一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式三、采樣保持器四、A/D轉(zhuǎn)換器五、模擬多路開關(guān)河第三講數(shù)據(jù)采集一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成36一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成傳感器輸出的信號經(jīng)預(yù)處理變?yōu)槟M電壓信號后，需轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能進(jìn)行數(shù)字顯示或送入計(jì)算機(jī)。這種將模擬信號數(shù)字化的過程稱為數(shù)據(jù)采集。一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成傳感器輸出的信號經(jīng)預(yù)處理變?yōu)槟M37系統(tǒng)配置①傳感器—將非電量轉(zhuǎn)換為電信號。②多路開關(guān)（MUX）—分時(shí)切換各路模擬量與采樣／保持器的通路。③放大器（IA）—多為程控放大器，對模擬信號進(jìn)行放大。④采樣/保持器（S/H）—保持模擬信號電壓。⑤A/D轉(zhuǎn)換器—將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。⑥接口電路—將數(shù)字信號進(jìn)行整形電平調(diào)整。系統(tǒng)①傳感器—將非電量轉(zhuǎn)換為電信號。②多路開關(guān)（MUX38傳感器圖7-2-1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放大器采樣/保持器傳感器傳感器傳感器…A/D轉(zhuǎn)換器計(jì)算機(jī)顯示器打印機(jī)繪圖機(jī)定時(shí)與邏輯控制傳感器傳感器接口被測物理量數(shù)字信號開關(guān)信號…多路開關(guān)傳感器圖7-2-1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放大采傳感器傳感器傳感器…39二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

1、同時(shí)采集式

可對各通首傳感器輸出量進(jìn)行同時(shí)采樣保持、分時(shí)轉(zhuǎn)換和存儲，可保證獲得各采樣點(diǎn)同一時(shí)刻的模擬量。如圖7-2-2所示為同時(shí)采集的框圖。二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式1、同時(shí)采集式可對各通40圖7-2-2同時(shí)采集圖7-2-2同時(shí)采集412、分時(shí)采集式

每采樣一次便進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換并送入內(nèi)存后方才對下一采樣點(diǎn)采樣。具有通用性、傳感器與儀表放大器匹配靈活，但對MUX的精度要求很高，因?yàn)檩斎氲哪M量往往是μV級的。如圖7-2-3所示為分時(shí)采集框圖。2、分時(shí)采集式每采樣一次便進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換并送入42圖7-2-3分時(shí)采集圖7-2-3分時(shí)采集433、高速采集式

對多個(gè)模擬信號的同時(shí)實(shí)時(shí)測量很有必要。在各個(gè)輸入信號以一個(gè)公共點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)，公共點(diǎn)可能與IA和ADC的參考點(diǎn)處于不同電位而引入干擾電壓UN，從而造成測量誤差。如圖7-2-4所法為高速采框圖。3、高速采集式對多個(gè)模擬信號的同時(shí)實(shí)時(shí)測量很有必要44圖7-2-4高速采集圖7-2-4高速采集454、差動(dòng)結(jié)構(gòu)

如圖7-2-5所示為差動(dòng)結(jié)構(gòu)配置方式。采用差動(dòng)配置方式可抑制共模干擾，其中MUX可采用雙輸出器件，也可用兩個(gè)MUX并聯(lián)。4、差動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖7-2-5所示為差動(dòng)結(jié)構(gòu)配置方式。46圖7-2-5差動(dòng)結(jié)構(gòu)圖7-2-5差動(dòng)結(jié)構(gòu)47三、采樣/保持器當(dāng)某一通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，如果輸入信號變化較快，就會引起較大的轉(zhuǎn)換誤差。為了保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，需要應(yīng)用采樣保持器。三、采樣/保持器當(dāng)某一通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由于A/48采樣保持電路（S/H）由MOS管采樣開關(guān)T、保持電容Ch和運(yùn)放構(gòu)成的跟隨器三部分組成。采樣控制信號S(t)=1時(shí)，T導(dǎo)通，Vin向Ch充電，Vc和Vout跟蹤Vin變化，即對Vin采樣。S(t)=0時(shí)，T截止，Vout將保持前一瞬間采樣的數(shù)值不變。＋－ChTVoutVin采樣控制S(t)采樣保持電路（S/H）由MOS管采樣開關(guān)T、保持電容Ch和運(yùn)491、信號采樣的過程采樣器或采樣開關(guān)--執(zhí)行采樣動(dòng)作的裝置；采樣時(shí)間或采樣寬度τ--采樣開關(guān)每次閉合的時(shí)間；采樣周期T--采樣開關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔τ<<T,可近似認(rèn)為是在采樣開關(guān)閉合時(shí)的瞬時(shí)值.1、信號采樣的過程采樣器或采樣開關(guān)--執(zhí)行采樣動(dòng)作的裝置；502、采樣定理采樣頻率越高，采樣信號y*(t)越接近原信號y(t)，但若采樣頻率過高，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中將會占用大量時(shí)間在采樣上，從而失去了實(shí)時(shí)控制的機(jī)會。為了使采樣信號y*(t)既不失真，又不會因頻率太高而浪費(fèi)時(shí)間，我們可依據(jù)香濃采樣定理。香濃定理指出：為了使采樣信號y*(t)能完全復(fù)現(xiàn)原信號y(t)，采樣頻率f至少要為原信號最高有效頻率fmax的2倍，即f

2fmax。實(shí)際應(yīng)用中，常取f（5-10）fmax。2、采樣定理采樣頻率越高，采樣信號y*(t)越接近51

在A/D通道中，采樣保持器的采樣和保持電平應(yīng)與后級的A/D轉(zhuǎn)換相配合，該電平信號既可以由其它控制電路產(chǎn)生，也可以由A/D轉(zhuǎn)換器直接提供?？傊?，保持器在采樣期間，不啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，而一旦進(jìn)入保持期間，則立即啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，從而保證A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的模擬輸入電壓恒定，以確保A/D轉(zhuǎn)換精度。在A/D通道中，采樣保持器的采樣和保持電平應(yīng)與52典型的采樣保持電路—LF198

圖7-2-6采樣保持電路典型的采樣保持電路—LF198圖7-2-6采樣保持電路53四、A/D轉(zhuǎn)換器A／D轉(zhuǎn)換器是一種將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件，通常也稱為ADC。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，傳感器的輸出大部分為模擬信號(電壓、電流)，而計(jì)算機(jī)只能接收數(shù)字量。為此，需要在傳感器與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，以便將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的二進(jìn)制數(shù)字信號。因此A／D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到測量的準(zhǔn)確度、分辨力和轉(zhuǎn)換速度。

四、A/D轉(zhuǎn)換器A／D轉(zhuǎn)換器是一種將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字541、ADC的主要類型1）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理2）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理3）電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理1、ADC的主要類型1）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理551）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理

一個(gè)n位A/D轉(zhuǎn)換器是由n位寄存器、n位D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算比較器、控制邏輯電路、輸出鎖存器等五部分組成。如圖為逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖，可以4位A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量9轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)1001。

1）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理一個(gè)n位A/D轉(zhuǎn)換器是由56

圖7-2-6逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理圖

圖7-2-6逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理圖57

一個(gè)n位A/D轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換表達(dá)式是

式中n——n位A/D轉(zhuǎn)換器；VR+、VR-——基準(zhǔn)電壓源的正、負(fù)輸入；VIN——要轉(zhuǎn)換的輸入模擬量；B——轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)字量。即當(dāng)基準(zhǔn)電壓源確定之后，n位A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量B與要轉(zhuǎn)換的輸入模擬量VIN呈正比。一個(gè)n位A/D轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換表達(dá)式是582）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理圖7-2-7雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理圖

2）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理圖7-2-7雙積分式A/59

雙積分型ADC的轉(zhuǎn)換周期有兩個(gè)單獨(dú)的積分區(qū)間組成。未知電壓在已知時(shí)間內(nèi)進(jìn)行定時(shí)積分,然后轉(zhuǎn)換為對參比電壓反向定壓積分,直至積分輸出返回到初始值。雙積分ADC測量的是信號平均值。此種A/D轉(zhuǎn)換器的常用品種有輸出為3位半BCD碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)）的ICL7107、MC14433、輸出為4位半BCD碼的ICL7135等。雙積分型ADC的轉(zhuǎn)換周期有兩個(gè)單獨(dú)的積分區(qū)間組成。未603）電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理電壓/頻率式轉(zhuǎn)換器--簡稱V/F轉(zhuǎn)換器，是把模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號的器件。V/F轉(zhuǎn)換的方法--實(shí)現(xiàn)V/F轉(zhuǎn)換的方法很多，現(xiàn)以常見的電荷平衡V/F轉(zhuǎn)換法說明其轉(zhuǎn)換原理，如圖7-2-8（a）、（b）所示。3）電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理電壓/頻率式轉(zhuǎn)換器--簡稱V/61圖7-2-8電荷平衡式V/F轉(zhuǎn)換原理(a)電路原理圖

圖7-2-8電荷平衡式V/F轉(zhuǎn)換原理(a)電路原理圖62

由積分器、比較器和整形電路構(gòu)成的VFC電路，把模擬電壓變換成相應(yīng)頻率的脈沖信號，其頻率正比于輸入電壓值，然后用頻率計(jì)測量。VFC能快速響應(yīng)，抗干擾性能好，能連續(xù)轉(zhuǎn)換，適用于輸入信號動(dòng)態(tài)范圍寬和需要遠(yuǎn)距離傳送的場合，但轉(zhuǎn)換速度慢。由積分器、比較器和整形電路構(gòu)成的VFC電路，把模擬電632、ADC的主要性能指標(biāo)

分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器對微小輸入信號變化的敏感程度。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對輸入量微小變化的反應(yīng)越靈敏。通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位、12位等。分辨率為n，表示它可以對滿刻度的1/2n的變化量作出反應(yīng)。即：分辨率=滿刻度值/2n

1）分辨率2