ADC 模数转换器

现在的软件、无线电、数字图像采集都需要有高速的 A/D 采样保证有效性和精度,一般的测控系统也希望在精度上有所突破,人类数字化的浪潮推动了 A/D 转换器不断变革,而 A/D 转换器是人类实现数字化的先锋。A/D 转换器发展了 30 多年,经历了多次的技术革新,从并行、逐次逼近型、积分型 ADC,到近年来新发展起来的 ∑-Δ 型 和 流水线型 ADC,它们各有其优缺点,能满足不同的应用场合的使用。

ADC 的工作原理

模数转换器即 A/D 转换器,或简称 ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是把经过与标准量比较处理后的模拟量转换成以二进制数值表示的离散信号的转换器。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准,比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

ADC 的分类

模数转换器的种类很多,按工作原理的不同,可分成间接 ADC 和直接 ADC。间接 ADC 是先将输入模拟电压转换成时间或频率,然后再把这些中间量转换成数字量,常用的有双积分型 ADC。直接 ADC 则直接转换成数字量,常用的有并联比较型 ADC 和逐次逼近型 ADC。

  • 并联比较型 ADC:采用各量级同时并行比较,各位输出码也是同时并行产生,所以转换速度快。并联比较型 ADC 的缺点是成本高、功耗大。
  • 逐次逼近型 ADC:它产生一系列比较电压 VR,但它是逐个产生比较电压,逐次与输入电压分别比较,以逐渐逼近的方式进行模数转换的。它比并联比较型 ADC 的转换速度慢,比双分积型 ADC 要快得多,属于中速 ADC 器件。
  • 双积分型 ADC:它先对输入采样电压和基准电压进行两次积分,获得与采样电压平均值成正比的时间间隔,同时用计数器对标准时钟脉冲计数。它的优点是抗干扰能力强,稳定性好,主要缺点是转换速度低。

ADC 的选型(技术指标)

  • 采样精度 —— 即分辨率,一般有8位、10位、12位、16位等;
  • 转换时间 —— 即每次采样所需的时间,表征 ADC 的转换速度,与 ADC 的时钟频率、采样周期、转换周期有关;
  • 数据输出方式 —— 如并口输出、串口输出;
  • ADC 类型 —— 如上面所提到的,ADC 有多种类型,不同类型的 ADC 有不同的性能极限;
  • 工作电压 —— 需要注意 ADC 的工作电压范围、能否直接测量负电压等;
  • 芯片封装 —— 芯片封装是否符合产品设计要求;
  • 性价比 —— 控制成本。

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