ADC的分类和指标
2页1、1. AD转换器的分类下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点:积分型、逐次逼近型、 并行比较型/串并行型、工-调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。1)积分型(如TLC7135)积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉 冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得 高分辨率,但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。初 期的单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。2)逐次比较型(如TLC0831)逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB 开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比 较而输出 数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低 分辩率(12位)时价格便宜,但高精度(12位)时价格很高。3)并行比较型/串并行比较型(如TLC5510并行比较型AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash(快 速)型。由于转换速率极高,n位的转换需要2n-1个比较器,因此电路规模也 极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高
2、的领域。串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型的是由2 个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成,用两次比较实行转换,所 以称为Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分 级(Multistep/Subrangling )型AD,而从转换时序角度 又可称为流水线 (Pipelined )型AD,现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运 算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高,电路 规模比并行型小。4)工- (Sigma?/FONTdelta)调制型(如 AD7705工-型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原 理上近似于积分型,将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号,用数字滤波器 处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化,因此容易做到高分 辨率。主要用于音频和测量。5)电容阵列逐次比较型电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式,也可称 为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致,在单 芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列,可以用 低廉
3、成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电 容阵列式的。6)压频变换型(如AD650)压频变换型(Voltage-Frequency Converter )是通过间接转换方式实现 模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率,然后用计数器将 频率转换成数字量。从理论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加,只要采 样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是 分 辩率高、功耗低、价格低,但是需要外部计数电路共同完成AD转换。2. AD转换器的主要技术指标1) 分辩率(Resolution)指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量, 定义为满刻度与2n的比值。分辩率又称精度,通常以数字信号的位数来表示。2) 转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD 转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD,逐次比较 型AD是微秒级属中速AD,全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是 另外一个概念,是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成,采样速率 (Sample Rate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值 上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Msps,表示每秒采 样千/百万次(kilo / Million Samples per Second )。3) 量化误差(Quantizing Error)由于AD的有限分辩率而引起的误差, 即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD (理想AD)的转移 特 性曲线(直线)之间的最大偏差。通常是1个或半个最小数字量的模拟变 化量,表示为1LSB、1/2LSB。4) 偏移误差(Offset Error)输入信号为零时输出信号不为零的值,可外接 电位器调至最小。5) 满刻度误差(Full Scale Error)满度输出时对应的输入信号与理想 输入信号值之差。6) 线性度(Linearity)实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移, 不包括以上三种误差。其他指标还有:绝对精度 (Absolute Accuracy),相对精度(Relative Accuracy) ,微分非线性,单调性和无错码,总谐波失真( Total Harmonic Distotortion缩写THD)和积分非线性。
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