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??? 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、Σ-Δ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）時價格便宜,但高精度（>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 Half flash(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）Σ-Δ(Sigma/FONT>delta)調(diào)制型（如AD7705）
??? Σ-Δ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-Frequency Converter）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(Conversion Rate)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(Sample Rate)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,表示每秒采樣千/百萬次（kilo / Million Samples per Second）。
?3）量化誤差(Quantizing Error) 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、1/2LSB。
??? 4）偏移誤差(Offset Error) 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(Full Scale Error) 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,不包括以上三種誤差。
??? 其他指標還有：絕對精度(Absolute Accuracy) ,相對精度(Relative Accuracy),微分非線性,單調(diào)性和無錯碼,總諧波失真（Total Harmonic Distotortion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,則為電流輸出型DA轉換器,如果經(jīng)電流椀繆棺?緩笫涑觶?蛭?繆故涑魴? /FONT>DA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—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—電壓轉換,二是外接運算放大器。用負載電阻進行電流—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CMOS DA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‘1’）與最大量
（對應數(shù)字量所有有效位為‘1’）之比。
??? 2）建立時間(Setting Time) 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。
工商網(wǎng)監(jiān)
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