AD轉換器種類

1、AD指標與類型1. AD轉換器的分類下面簡要介紹常用的幾種類型的基本原理及特點：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、A調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。1）積分型（如TLC7135）積分型AD工作原理是將輸入電壓轉換成時間（脈沖寬度信號）或頻率（脈沖頻率），然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點是由于轉換精度依賴于積分時間，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(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。2）逐次比較型（如TLC0831）逐次比較型AD由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA

2、轉換器輸出進行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時價格很高。3）并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）并行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉換，又稱FLash（快速）型。由于轉換速率極高，n位的轉換需要2n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻AD轉換器等速度特別高的領域。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，用兩次比較實行轉換，所以稱為Halfflash（半快速）型。還有分成三步或多步實現(xiàn)AD轉換的叫做分級 （Multis

3、tep/Subrangling）型AD,而從轉換時序角度又可稱為流水線 （Pipelined）型AD,現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉換結果作數(shù)字運算而修正特性等功能。 這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。4）2-A（Sigma?/FONTdelta）調(diào)制型（如AD7705）A型AD由積分器、比較器、1位DA轉換器和數(shù)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間（脈沖寬度）信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)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(nèi)置DA轉換器中采用電容矩陣方式，也可稱為

4、電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉換器中多數(shù)電阻的值必須一致，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，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(Voyage-FrequencyConverter)是通過間接轉換方式實現(xiàn)模數(shù)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(shù)器將頻率轉換成數(shù)字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度。其優(yōu)點是分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成AD轉換。2. AD

5、轉換器的主要技術指標1 )分辯率(Resolution)指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。2)轉換速率(ConversionRate)是指完成一次從模擬轉換到數(shù)字的AD轉換所需的時間的倒數(shù)。積分型AD的轉換時間是毫秒級屬低速AD,逐次比較型AD是微秒級屬中速AD,全并行/串并行型AD可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率(SampleRate)必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps,表示每

6、秒采樣千/百萬次(kilo/MillionSamplesperSecond)。3)量化誤差(QuantizingError)由于AD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與無限分辯率AD(理想AD)的轉移特性曲線(直線)之間的最大偏差。通常是1個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSBo4)偏移誤差(OffsetError)輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。5)滿刻度誤差(FullScaleError)滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。6)線性度(Linearity)實際轉換器的轉移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上

7、三種誤差。其他指標還有：絕對精度(AbsoluteAccuracy),相對精度(RelativeAccuracy),微分非線性,單調(diào)性和無錯碼，總諧波失真（TotalHarmonicDistotortion縮寫THD）和積分非線性3. DA轉換器DA轉換器的內(nèi)部電路構成無太大差異，一般按輸出是電流還是電壓、能否作乘法運算等進行分類。大多數(shù)DA轉換器由電阻陣列和n個電流開關（或電壓開關）構成。按數(shù)字輸入值切換開關，產(chǎn)生比例于輸入的電流（或電壓）。此外，也有為了改善精度而把恒流源放入器件內(nèi)部的。一般說來，由于電流開關的切換誤差小，大多采用電流開關型電路，電流開關型電路如果直接輸出生成的電流，則為電

8、流輸出型DA轉換器，如果經(jīng)電流椀繆棺緩笫流解蛭繆故流魴？/FONTDA轉換器。此外，電壓開關型電路為直接輸出電壓型DA轉換器。1）電壓輸出型（如TLC5620）電壓輸出型DA轉換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的，但一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗輸出。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負載，由于無輸出放大器部分的延遲，故常作為高速DA轉換器使用。2）電流輸出型（如THS5661A）電流輸出型DA轉換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流一電壓轉換電路得到電壓輸出，后者有兩種方法：一是只在輸出引腳上接負載電阻而進行電流一電壓轉換，二是外接運算放大器。用負載電阻進行電流一電壓轉換的方法，雖可在電流輸出引腳上

9、出現(xiàn)電壓，但必須在規(guī)定的輸出電壓范圍內(nèi)使用，而且由于輸出阻抗高，所以一般外接運算放大器使用。此外，大部分CMOSDA轉換器當輸出電壓不為零時不能正確動作，所以必須外接運算放大器。當外接運算放大器進行電流電壓轉換時，則電路構成基本上與內(nèi)置放大器的電壓輸出型相同，這時由于在DA轉換器的電流建立時間上加入了達算放入器的延遲，使響應變慢。此外，這種電路中運算放大器因輸出引腳的內(nèi)部電容而容易起振，有時必須作相位補償。3）乘算型（如AD7533）DA轉換器中有使用恒定基準電壓的， 也有在基準電壓輸入上加交流信號的，后者由于能得到數(shù)字輸入和基準電壓輸入相乘的結果而輸出，因而稱為乘算型DA轉換器。乘算型DA轉

10、換器一般不僅可以進行乘法運算，而且可以作為使輸入信號數(shù)字化地衰減的衰減器及對輸入信號進行調(diào)制的調(diào)制器使用。4）一位DA轉換器一位DA轉換器與前述轉換方式全然不同，它將數(shù)字值轉換為脈沖寬度調(diào)制或頻率調(diào)制的輸出,然后用數(shù)字濾波器作平均化而得到一般的電壓輸出（又稱位流方式），用于音頻等場合。4. DA轉換器的主要技術指標：1 ）分辯率（Resolution）指最小模擬輸出量（對應數(shù)字量僅最低位為”與最大量（對應數(shù)字量所有有效位為1之比。2）建立時間（SettingTime）是將一個數(shù)字量轉換為穩(wěn)定模擬信號所需的時間，也可以認為是轉換時間。DA中常用建立時間來描述其速度，而不是AD中常用的轉換速率。一

11、般地，電流輸出DA建立時間較短，電壓輸出DA則較長。其他指標還有線性度（Linearity）,轉換精度，溫度系數(shù)/漂移。1. AD轉換器的分類下面簡要介紹常用的幾種類型的基本原理及特點：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、A調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。1）積分型（如TLC7135）積分型AD工作原理是將輸入電壓轉換成時間（脈沖寬度信號）或頻率（脈沖頻率），然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點是由于轉換精度依賴于積分時間，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(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。2）逐次比較型（如TLC0831）逐

12、次比較型AD由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉換器輸出進行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時價格很高。3）并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）并行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉換，又稱FLash（快速）型。由于轉換速率極高，n位的轉換需要2n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻AD轉換器等速度特別高的領域。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n/2位的并行型AD轉換器配合DA轉換器組成，用兩次比較

13、實行轉換，所以稱為Halfflash(半快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn)AD轉換的叫做分級(Multistep/Subrangling)型AD,而從轉換時序角度又可稱為流水線(Pipelined)型AD,現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉換結果作數(shù)字運算而修正特性等功能。 這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。4)(Sigma?/FONTdelta)調(diào)制型(如AD7705)A型AD由積分器、比較器、1位DA轉換器和數(shù)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間(脈沖寬度)信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)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

14、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(nèi)置DA轉換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉換器中多數(shù)電阻的值必須一致，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，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(Voltage-FrequencyConverter)是通過間接轉換方式實現(xiàn)模數(shù)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(shù)器將頻率轉換成數(shù)字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累

15、積脈沖個數(shù)的寬度。其優(yōu)點是分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成AD轉換。2. AD轉換器的主要技術指標1 )分辯率(Resolution)指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。2)轉換速率(ConversionRate)是指完成一次從模擬轉換到數(shù)字的AD轉換所需的時間的倒數(shù)。積分型AD的轉換時間是毫秒級屬低速AD,逐次比較型AD是微秒級屬中速AD,全并行/串并行型AD可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率(SampleRate)必須小于或等于轉換速率

16、。因此有人習慣上將轉換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps,表示每秒采樣千/百萬次(kilo/MillionSamplesperSecond)。3)量化誤差(QuantizingError)由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率梯狀轉移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通AD的階常是1個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSBo4）偏移誤差（OffsetError）輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。5）滿刻度誤差（FullScaleError）滿度輸出時對應的輸入信號與理想

17、輸入信號值之差。6）線性度（Linearity）實際轉換器的轉移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。其他指標還有：絕對精度（AbsoluteAccuracy）,相對精度（RelativeAccuracy）,微分非線性，單調(diào)性和無錯碼，總諧波失真（TotalHarmonicDistotortion縮寫THD）和積分非線性。3. DA轉換器DA轉換器的內(nèi)部電路構成無太大差異，一般按輸出是電流還是電壓、能否作乘法運算等進行分類。大多數(shù)DA轉換器由電阻陣列和n個電流開關（或電壓開關）構成。按數(shù)字輸入值切換開關，產(chǎn)生比例于輸入的電流（或電壓）。此外，也有為了改善精度而把恒流源放入器件內(nèi)部的。一

18、般說來，由于電流開關的切換誤差小，大多采用電流開關型電路，電流開關型電路如果直接輸出生成的電流，則為電流輸出型DA轉換器，如果經(jīng)電流椀繆棺緩笫流解蛭繆故流魴？/FONTDA轉換器。此外，電壓開關型電路為直接輸出電壓型DA轉換器。1）電壓輸出型（如TLC5620）電壓輸出型DA轉換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的，但一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗輸出。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負載，由于無輸出放大器部分的延遲，故常作為高速DA轉換器使用。2）電流輸出型（如THS5661A）電流輸出型DA轉換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流一電壓轉換電路得到電壓輸出，后者有兩種方法：一是只在輸出引腳上接負載

19、電阻而進行電流一電壓轉換，二是外接運算放大器。用負載電阻進行電流一電壓轉換的方法，雖可在電流輸出引腳上出現(xiàn)電壓，但必須在規(guī)定的輸出電壓范圍內(nèi)使用，而且由于輸出阻抗高，所以一般外接運算放大器使用。此外，大部分CMOSDA轉換器當輸出電壓不為零時不能正確動作，所以必須外接運算放大器。當外接運算放大器進行電流電壓轉換時，則電路構成基本上與內(nèi)置放大器的電壓輸出型相同，這時由于在DA轉換器的電流建立時間上加入了達算放入器的延遲，使響應變慢。此外，這種電路中運算放大器因輸出引腳的內(nèi)部電容而容易起振，有時必須作相位補償。3）乘算型（如AD7533）DA轉換器中有使用恒定基準電壓的，也有在基準電壓輸入上加交流

20、信號的，后者由于能得到數(shù)字輸入和基準電壓輸入相乘的結果而輸出，因而稱為乘算型DA轉換器。乘算型DA轉換器般不僅可以進行乘法運算，而且可以作為使輸入信號數(shù)字化地衰減的衰減器及對輸入信號進行調(diào)制的調(diào)制器使用。4）一位DA轉換器一位DA轉換器與前述轉換方式全然不同，它將數(shù)字值轉換為脈沖寬度調(diào)制或頻率調(diào)制的輸出，然后用數(shù)字濾波器作平均化而得到一般的電壓輸出（又稱位流方式），用于音頻等場合。4. DA轉換器的主要技術指標：1 ）分辯率（Resolution）指最小模擬輸出量（對應數(shù)字量僅最低位為”與最大量（對應數(shù)字量所有有效位為1之比。2）建立時間（SettingTime）是將一個數(shù)字量轉換為穩(wěn)定模擬信

21、號所需的時間，也可以認為是轉換時間。DA中常用建立時間來描述其速度，而不是AD中常用的轉換速率。一般地，電流輸出DA建立時間較短，電壓輸出DA則較長。其他指標還有線性度（Linearity）,轉換精度，溫度系數(shù)/漂移。用于微處理器（MCU）、數(shù)字信號處理（DSP）系統(tǒng)，手持式儀器，分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2）3V/5VCMOS信號調(diào)節(jié)AD轉換器-AD7714AD7714是一個完整的用于低頻測量應用場合的模擬前端，用于直接從傳感器接收小信號并輸出，行數(shù),量。它使用力A轉換技術實現(xiàn)高達24位精度的代碼而不會丟失。輸入信號加至位于模擬調(diào)制器前端的專用可編程增益放大器。調(diào)制器的輸出經(jīng)片內(nèi)數(shù)字濾波器進行處理

22、。數(shù)字濾波器的第一次陷波通過片內(nèi)控制寄存器來編程，此寄存器可以調(diào)節(jié)濾波的截止時間和建立時間。AD7714有3個差分模擬輸入（也可以是5個偽差分模擬輸入）和一個差分基準輸入。單電源工作（3V或5V）0因此，AD7714能夠為含有多達5個通道的系統(tǒng)進行所有的信號調(diào)節(jié)和轉換。AD7714很適合于靈敏的基于微控制器或DSP的系統(tǒng)，它的，行接口可進行3線操作，通過，行端口可用軟件設置增益、信號極性和通道選擇。AD7714具有自校準、系統(tǒng)和背景校準選擇，也允許用戶讀寫片內(nèi)校準寄存器。CMOS結構保證了很低的功耗，省電模式使待機功耗減至15.亞秧型值）。3）微功耗8通道12位AD轉換器-AD7888AD7888是高速、低功耗的12位AD轉換器，單電源工作，電壓范圍為2.7V5.25V,轉換速率高達125ksps,輸入跟蹤-保持信號寬度最小為500ns,單端采樣方式。AD7888包含有8個單端模擬輸入通道，每一通道的模擬輸入范圍均為0Vref0該器件轉換滿功率信號可至3MHz。AD7888具有片內(nèi)2.5V電壓基準，可用于模數(shù)轉換器的基準源，管腳REFin/REFout允許用戶使用這一基準，也可以反過來驅(qū)動這一管腳，向AD7888提供外部基準，外部基準的電壓范圍為1.2VVDD。CMOS結構確保正常工作時的功率消耗為2mW（典型，省電模式下為3.Wo4）微功耗、滿幅度電壓輸出、12位DA轉換器-A