adc原理及应用，adc的主要作用

扎伊

设备

仪表系统通常需要检测连续变化的模拟量，例如：

温度、压力、流量、速度、光强度等必须转换成离散的数字量才能输入计算机进行处理。

这些模拟量必须通过传感器转换为电信号（通常是电压信号），通过放大器放大，然后转换为数字量。

将模拟信号转换为数字信号的设备通常称为模数转换器（ADC），简称A/D。

通常，A/D 转换要经过四个过程：采样、保持、量化和编码。

采样和保持采样将随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量。采样过程示意图如图11.8.1所示。图(a)所示为采样电路的结构，其中传输门由采样信号S(t)控制，传输门在S(t)的脉宽内导通，输出信号为输出。 vO(t) 是输入信号v1，在(Ts-) 期间，传输门关闭，输出信号vO(t)=0。图(b)所示为电路中各信号的波形。

图11.8.1 采样电路配置(a)

图11.8.1 采样电路信号波形(b)

分析表明，采样信号S(t)的频率越高，采集信号经过低通滤波器后越能忠实地再现输入信号。然而，问题是数据量增加，因为必须满足采样定理才能保证合适的采样频率。

采样定理：若采样信号S(t)的频率为fs，输入模拟信号v1(t)的最高频率分量的频率为fimax，则fs和fimax必须满足以下关系：工程中的fs( 3 至5) fimax。

每次将采样电路获得的模拟信号转换成数字信号需要一定的时间，并且为了在后续的量化和编码过程中获得稳定的值，每次获得的模拟信号必须保持一段时间。需要一定的时间。通过保持电路的时间流逝。

采样和保持过程往往通过采样保持电路同时完成。图11.8.2 所示为采样保持电路的电路图和输出波形。

图11.8.2 采样保持电路图

图11.8.2 采样保持电路波形图

该电路由输入放大器A1、输出放大器A2、保持电容CH和开关驱动电路组成。该电路要求A1具有较高的输入阻抗，以减少其对输入信号源的影响。 A2的输入阻抗也应该较高，A2的输出阻抗也应该较低，这样保持阶段CH上积累的电荷就不容易被释放。这样可以提高电路的负载能力。一般情况下，电路中还需要AV1和AV2=1。

下面结合图11.8.2分析采样保持电路的工作原理。 t=t0时，开关S闭合，AV1·AV2=1，v0=v1，因此电容器快速充电，采样阶段在t0至t1时间段内。 S在时间t=t1时断开。如果A2的输入阻抗无穷大，S是理想开关，我们可以认为电容器CH没有放电回路，其两端的电压保持在v0。图11.8.2(b)中t1到t2的平坦区域为保持阶段。

采样保持电路可用于多种单片集成电路产品中。例如，双极工艺包括AD585和AD684，混合工艺包括AD1154和SHC76。

量化和编码的数字信号不仅在时间上是离散的，而且在幅度上也是不连续的。数值数量的大小只能是指定最小计量单位的整数倍。为了将模拟信号转换为数字量，在A/D转换过程中必须将采样保持电路的输出电压以某种近似方式标准化为相应的离散电平。这个转换过程称为数值转换。这叫量化，量化。量化值最终必须通过编码过程以代码表示。编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。

定量的最小数量单位称为定量单位，用表示。这是相当于数字信号的最低有效位为1 或1LSB 时的模拟量。

量化时，采样电压可能无法被整除，因此量化前后总会出现误差。该误差称为量化误差，用表示。量化误差是一个基本误差，无法消除。 A/D转换器的位数越多，离散电平之间的差异越小，量化误差也越小。

量化过程经常使用两种近似量化方法：仅舍入量化方法和舍入量化方法。

1. 量化方法仅四舍五入

以3位A/D转换器为例，假设输入信号v1的变化范围为08V，采用舍入量化方法时，设置=1V并考虑非量化部分。马苏。例如，如果该值在0 和之间，则1V 之间的模拟电压将被视为0，用二进制表示为000，1 至2V 之间的模拟电压将被视为1，以二进制表示。数字001.这种量化方法的最大误差为。

2. 四舍五入的量化方法

采用舍入量化方法时，量化单元为=8V/15，小于一半量化单元的部分被截断，大于一半量化单元的部分被截断。被视为一个量化单位。数值在0到8V/15之间的模拟电压被视为0，并用二进制数000表示。另一方面，数值在8V/15和24V/15之间的模拟电压被视为1，并用二进制数001表示。不挂断。

3.比较

前一种不带舍入的量化方法的最大量化误差为|max|=1LSB，而后一种带舍入和舍入的量化方法的量化误差比前者更小，因此。使用许多A/D 转换器。

随着集成电路的快速发展，A/D转换器新的设计思想和制造技术不断涌现。为了满足各种检测和控制的需要，出现了不同结构和性能的A/D转换器。

本节简要介绍A/D转换器的基本原理和分类。

根据A/D转换器的原理，A/D转换器可分为两大类。一类是直接A/D转换器，它将输入电压信号直接转换为数字代码，没有任何中间变量，另一类是间接A/D转换器，它将输入电压信号转换为一些中间变量。 （时间、频率、脉冲宽度等）并将该中间量转换为数字代码输出。

A/D转换器有多种类型，但目前广泛使用的三种类型是逐次逼近型A/D转换器、双积分型A/D转换器和V/F转换型A/D转换器。另外，近年来出现了一种新型- A/D转换器，并在设备中得到广泛应用。

逐次逼近（SAR） 模数转换器（SAR）的基本原理是将要转换的模拟输入信号与推断信号进行比较，并根据两个信号的幅度顺序增加或减少输入信号。这是关于决定。输入模拟信号到模拟输入信号。如果两者相等，则输入到D/A转换器的数字信号对应于模拟输入量的数字量。这类A/D转换器一般速度很快，但精度一般不高。常用的有ADC0801、ADC0802、AD570等。

双积分A/D转换器的基本原理是首先在固定时间内对输入模拟电压进行积分，然后将其转换为参考电压的反积分，直到积分输入返回到其初始值。这两个积分时间与成正比。根据这两个量值，我们就可以得到模拟电压对应的数字量。该A/D转换器的转换速度较慢，但精度较高。二重积分公式演变为四重积分、五重积分等方法，在保证转换精度的同时提高了转换速度。常用的有ICL7135、ICL7109等。

– AD 由积分器、比较器、1 位D/A 转换器和数字滤波器组成。其原理与积分型相同，将输入电压转换为时间（脉宽）信号，并用数字滤波器处理后得到数字值。由于数字部分电路基本上易于单片化，因此很容易提高分辨率。主要用于音频和测量。该转换器的转换精度达到16-24位，但其缺点是价格低廉。适用于检测精度要求高的检测设备。请求的速度太高。常用的有AD7705、AD7714等。

V/F转换器将电压信号转换为频率信号，精度和线性度好，电路简单，环境适应性强，成本低。适用于非高速远距离信号的A/D转换处理。常用的有LM311、AD650等。

声明：以上文章内容收集自网络，如有版权问题，请尽快联系我们。这是工程师的学习世界。欢迎大家留言评论，共同交流~