1、 分類分類:u 按速度分：按速度分：高、中、低高、中、低u 按精度分：按精度分：高、中、低高、中、低u 按位數分：按位數分：8 8、1010、1212、1414、1616u 按工作原理分按工作原理分模模/ /數轉換器把采集到的采樣模擬信號量化和編碼數轉換器把采集到的采樣模擬信號量化和編碼后，轉換成數字信號并輸出，簡稱為后，轉換成數字信號并輸出，簡稱為A/DA/D或或ADCADC。量化是一種量化是一種比較過程比較過程按按“怎樣比較怎樣比較”分分按工作原理分按工作原理分直接比較型：直接比較型：模擬信號直接與參考電壓比較，模擬信號直接與參考電壓比較，得到數字量。得到數字量。有逐次比較、連續比較、斜坡

2、電壓比較有逐次比較、連續比較、斜坡電壓比較 優點：優點：瞬時比較，轉換速度快。瞬時比較，轉換速度快。間接比較型：間接比較型：模擬信號與參考電壓先轉換為中模擬信號與參考電壓先轉換為中間物理量，再進行比較。間物理量，再進行比較。缺點：缺點：抗干擾能力差。抗干擾能力差。有雙斜式、積分式、脈沖調寬有雙斜式、積分式、脈沖調寬 優點：優點：平均值比較，抗干擾能力強。平均值比較，抗干擾能力強。缺點：缺點：轉換速度慢。轉換速度慢。u u 1. 分辨率分辨率 分辨率：分辨率：A/D轉換器所能分辨模擬輸入信號的轉換器所能分辨模擬輸入信號的最小變化量。最小變化量。 設設A/D轉換器的位數為轉換器的位數為n，滿量程電

3、滿量程電壓為壓為FSR，則分辨率定義為：則分辨率定義為： nFSR2分辨率量化單位就是量化單位就是A/D轉換器的轉換器的分辨率。分辨率。相對分辨率定義為相對分辨率定義為: : %10021%100nFSR分辨率相對分辨率A/D轉換器分辨率與位數之間的關系轉換器分辨率與位數之間的關系(滿量程電壓為滿量程電壓為10V) A/D轉換器分辨率的高低取決于位數的多少。因轉換器分辨率的高低取決于位數的多少。因此，目前一般用位數此，目前一般用位數n來間接表示分辨率。來間接表示分辨率。1. 分辨率分辨率 位位 數數級級 數數相對分辨率（相對分辨率（1LSB）分辨率（分辨率（1LSB）8101214162561

4、024409616384655360.391%0.0977%0.0244%0.0061%0.0015% 39.1mV9.77mV2.44mV0.61mV0.15mV量程：量程：A/D轉換器能轉換模擬信號的電轉換器能轉換模擬信號的電壓范圍。壓范圍。例如：例如：05V，-5V+5V，010V， -10V+10V。 2. 量程量程 3. 精度精度絕對精度絕對精度 絕對精度：絕對精度：對應于輸出數碼的實際模擬輸入電對應于輸出數碼的實際模擬輸入電壓與理想模擬輸入電壓之差。壓與理想模擬輸入電壓之差。存在問題：存在問題：在在A/D轉換時，量化帶內的任意模擬轉換時，量化帶內的任意模擬輸入電壓都能產生同一輸出數

5、碼。輸入電壓都能產生同一輸出數碼。 約定：約定：上述定義的模擬輸入電壓則限定為量化上述定義的模擬輸入電壓則限定為量化帶中點對應的模擬輸入電壓值。帶中點對應的模擬輸入電壓值。一個一個12位位A/D轉換器，理論模擬輸入電壓為轉換器，理論模擬輸入電壓為5V1.2mV時，時，對應的輸出數碼為對應的輸出數碼為100000000000。 實際模擬輸入電壓在實際模擬輸入電壓在4.997V4.999V范圍內的都產生這一輸出數碼，則范圍內的都產生這一輸出數碼，則: :例如：例如：)V(002.05)999.4997.421)( （誤差絕對精度絕對誤差一般在絕對誤差一般在LSB/2范圍內。絕對誤差包括范圍內。絕對

6、誤差包括增益誤差、偏移誤差、非線性誤差、量化誤差。增益誤差、偏移誤差、非線性誤差、量化誤差。 相對精度：相對精度：絕對精度與滿量程電壓值之比絕對精度與滿量程電壓值之比的百分數。的百分數。 相對精度絕對精度FSR100%3. 精度精度相對精度相對精度 精度和分辨率是兩個不同的概念：精度和分辨率是兩個不同的概念：u 精度是指轉換后所得結果相對于實際值精度是指轉換后所得結果相對于實際值的準確度；的準確度；u 分辨率是指轉換器所能分辨的模擬信號分辨率是指轉換器所能分辨的模擬信號的最小變化值。的最小變化值。 4. 轉換時間和轉換速率轉換時間和轉換速率 轉換時間轉換時間tCONV 轉換時間：轉換時間：按照

7、規定的精度將模擬信號轉換為按照規定的精度將模擬信號轉換為數字信號并輸出所需要的時間。數字信號并輸出所需要的時間。 轉換速率轉換速率 轉換速率：轉換速率：能夠重復進行數據轉換的速度，即能夠重復進行數據轉換的速度，即每秒鐘轉換的次數。每秒鐘轉換的次數。 某些某些A/D轉換器的轉換時間是恒定的，而另外一轉換器的轉換時間是恒定的，而另外一些轉換器，其轉換時間與轉換信號的值有關。些轉換器，其轉換時間與轉換信號的值有關。轉換時間與轉換精度、信號頻率的關系轉換時間與轉換精度、信號頻率的關系 u 瞬時值響應的瞬時值響應的A/D轉換器轉換器 轉換時間取決于所轉換時間取決于所要求的轉換精度和要求的轉換精度和被轉換

8、信號的頻率。被轉換信號的頻率。4. 轉換時間和轉換速率轉換時間和轉換速率 討論討論:Um2U(t)=sinttU(t)Um2t0t1tCONVU轉換時間對信號轉換的影響轉換時間對信號轉換的影響ftfUtUttU2coscos21d)(dmm轉換時間與轉換精度、信號頻率的關系轉換時間與轉換精度、信號頻率的關系 u 瞬時值響應的瞬時值響應的A/D轉換器轉換器 4. 轉換時間和轉換速率轉換時間和轉換速率 討論討論:Um2U(t)=sinttU(t)Um2t0t1tCONVU轉換時間對信號轉換的影響轉換時間對信號轉換的影響在過零點上有最大在過零點上有最大值值:Utf Um轉換時間與轉換精度、信號頻率的

9、關系轉換時間與轉換精度、信號頻率的關系 u 瞬時值響應的瞬時值響應的A/D轉換器轉換器 4. 轉換時間和轉換速率轉換時間和轉換速率 討論討論:Um2U(t)=sinttU(t)Um2t0t1tCONVU轉換時間對信號轉換的影響轉換時間對信號轉換的影響故在過零點處，轉故在過零點處，轉換時間所造成的最換時間所造成的最大電壓誤差為大電壓誤差為:tUfUmCONVmtUf當精度一定時，信號頻率越高，要求的轉換時當精度一定時，信號頻率越高，要求的轉換時間也就越短；間也就越短；當信號頻率一定時，轉換時間越短，誤差越小。當信號頻率一定時，轉換時間越短，誤差越小。轉換時間與轉換精度、信號頻率的關系轉換時間與轉

10、換精度、信號頻率的關系 u 瞬時值響應的瞬時值響應的A/D轉換器轉換器 4. 轉換時間和轉換速率轉換時間和轉換速率 討論討論:u 平均值響應的轉換器平均值響應的轉換器 由于被轉換的模擬量一般為直流電壓，而干擾由于被轉換的模擬量一般為直流電壓，而干擾是交變的，因此轉換時間是交變的，因此轉換時間 tCONV 越長，其抑制越長，其抑制干擾的能力就越強。干擾的能力就越強。平均值響應的轉換器是在犧性轉換時間的情況平均值響應的轉換器是在犧性轉換時間的情況下提高轉換精度的。下提高轉換精度的。5. 偏移誤差偏移誤差 偏移誤差：偏移誤差：使最低有效使最低有效位成位成“1 1”狀態時，實際狀態時，實際輸入電壓與理

11、論輸入電輸入電壓與理論輸入電壓之差。壓之差。 Ui輸輸出出數數碼碼001010011100101110111偏移誤差偏移誤差Ui誤差誤差偏移誤差偏移誤差 (a)(b)u 該誤差主要是失調電壓該誤差主要是失調電壓及溫漂造成的。及溫漂造成的。u 一般來說，在一定溫度一般來說，在一定溫度下，偏移電壓可以通過下，偏移電壓可以通過外電路予以抵消。外電路予以抵消。u 但當溫度變化時，偏移但當溫度變化時，偏移電壓又將出現。電壓又將出現。 6. 增益誤差增益誤差 增益誤差：增益誤差：滿量程輸出數滿量程輸出數碼時，實際模擬輸入電壓碼時，實際模擬輸入電壓與理想模擬輸入電壓之差。與理想模擬輸入電壓之差。 該誤差使傳

12、輸特性曲線繞該誤差使傳輸特性曲線繞坐標原點偏離理想特性曲坐標原點偏離理想特性曲線一定的角度線一定的角度。 增益誤差增益誤差Ui輸輸出出數數碼碼001010011100101110111FSR增益誤差增益誤差K1u 當當K=1時，沒有增益誤差，時，沒有增益誤差，Ui = FSR，輸出為，輸出為111。u 當當K1時，傳輸特性的臺時，傳輸特性的臺階變窄，在模擬輸入信號階變窄，在模擬輸入信號達到滿量程值之前，數碼達到滿量程值之前，數碼輸出就已為全輸出就已為全“1”狀態。狀態。6. 增益誤差增益誤差 增益誤差：增益誤差：滿量程輸出數滿量程輸出數碼時，實際模擬輸入電壓碼時，實際模擬輸入電壓與理想模擬輸入

13、電壓之差。與理想模擬輸入電壓之差。 增益誤差增益誤差Ui輸輸出出數數碼碼001010011100101110111FSR增益誤差增益誤差K1u 當當K Uf，予以保留此位的，予以保留此位的“1” 。tU123456781.02410.24Ui5.127.688.968.328.0 8.168.248.288.30V時鐘時鐘脈沖脈沖12345678逐次逼近比較過程逐次逼近比較過程3.第二個時鐘脈沖到來時，第二個時鐘脈沖到來時，SAR置為置為11000000碼，經過碼，經過D/A轉轉換器產生反饋電壓換器產生反饋電壓Uf=5.12+10.24/22=7.68V，因，因UiUf，故保留此位，故保留此位

14、“1”;4.第三個時鐘脈沖到來時，第三個時鐘脈沖到來時，SAR狀態置為狀態置為11100000，經，經D/A 轉轉換器產生反饋電壓換器產生反饋電壓Uf=7.68+10.24/23=8.96V，因，因Ui Uf ，SAR此位應置此位應置“ 0 ”。SAR狀態改為狀態改為11000000。5. 第四個時鐘脈沖到來時，第四個時鐘脈沖到來時，SAR狀態又置為狀態又置為11010000，.。6. 經過經過8 次比較之后，次比較之后，SAR的數據寄存器中所建立的的數據寄存器中所建立的數碼數碼11001111即為轉換結即為轉換結果。果。數碼對應的反饋電壓數碼對應的反饋電壓Uf = 8.28V，它與輸入的模，

15、它與輸入的模擬電壓擬電壓Ui= 8.3V相差相差0.02V，不過兩者的差，不過兩者的差值已小于值已小于1LSB所對應的所對應的量化電壓量化電壓0.04V。8位逐次逼近位逐次逼近A/D轉換過程轉換過程2. 工作過程工作過程例子：例子：設逐次逼近寄存器設逐次逼近寄存器SAR是是8位，基準電壓位，基準電壓10.24V，模擬輸入電壓模擬輸入電壓8.3V，轉換成二進制數碼。，轉換成二進制數碼。次數次數SAR中的數碼中的數碼D/A產生的產生的Uf(V)去去/留碼判斷留碼判斷本次操作后本次操作后SAR中中的數碼的數碼1234567810000000110000001110000011010000110010

16、001100110011001110110011115.127.688.968.328.008.168.248.28Uf Ui，留，留1Uf Ui ，留，留0Uf Ui ，留，留0Uf Ui ，留，留1Uf Ui ，留，留1Uf Ui ，留，留1Uf 0ns200ns200ns300ns 300ns25 s啟動轉換時序啟動轉換時序因為如果因為如果CS和和CE先有效先有效, R/C脈沖到來脈沖到來之前的高電之前的高電平會引起輸平會引起輸出三態門打出三態門打開，從而影開，從而影響數據總線。響數據總線。在在CE上升沿之前，先有上升沿之前，先有CS=0和和R/C=0，這是比較好的啟動方式。，這是比較好

17、的啟動方式。注意：注意：在啟動在啟動轉換后，各控轉換后，各控制信號不起作制信號不起作用，只有用，只有STS信號標志工作信號標志工作狀態狀態。 why？工作時序工作時序 u 讀取數據過程讀取數據過程2. 12位位AD轉換器芯片轉換器芯片AD574A 讀取數據時序讀取數據時序CECSR/CA0STSDB0DB11300ns150ns0ns150ns250ns50ns0ns50ns0.5時，總誤差時，總誤差增加較大。增加較大。n 當當eq/eM1AD574AVCCVEEDGNDAGNDBIPOFFREF 出出+15V-15VDB7REF 入入10V IN20V INENB312H ALE和和A1A9

18、 進行地進行地址譯碼選通。址譯碼選通。 IOW和和IOR經過一個經過一個與非門控制與非門控制CE。 IOW直接控制直接控制R/C。 地址線的地址線的A0直接接入直接接入AD574A的的A0腳。腳。 因為因為12/8接地，所以接地，所以A/D轉換結果分兩次轉換結果分兩次讀出：讀出： A0=0，R/C=1，高，高8位從位從 D11D4讀出；讀出； A0=1，R/C=1，低，低4位從位從 D3D0讀出。讀出。AD574A與與PC 機的接口機的接口 u AD574A與微機的接口與微機的接口 2. 內含三態緩沖器的內含三態緩沖器的AD轉換器的接口電轉換器的接口電路路AD574A工作于普工作于普通控制方式時，通控制方式時，不適合于不適合于PC286以上微機，因為以上微機，因為這類微機的總線這類微機的總線周期短，難以適周期短，難以適合合AD574A所要求所要求的設置時間的設置時間。DB0D11D4D3D0STSCSA0R/CCE12/8AENA0IOWIORA1A 9PC總線總線310H譯碼1AD574AVCCVEEDGNDAGNDBIPOFFREF 出出+15V-15VDB7REF 入入10V IN20V INENB312H