AD转换基本原理

1、AD转换的基本原理和技术1. 转换方式直接转换ADC2. 电路结构逐次逼近ADC包括n位逐次比较型 A/D转换器如图11.10.1所示。它由控制逻辑电路、 时序产生 器、移位寄存器、D/A转换器及电压比较器组成。CP启动脉冲电压比较器VrVA转换器图11.10.1逐次比较型 A/D转换器框图3. 工作原理逐次逼近转换过程和用天平称物重非常相似。天平称重物过程是，从最重的砝码开始试放，与被称物体行进比较，若物体重于砝码，则该砝码保留，否则移去。再加上第二个次重砝码，由物体 的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。照此一直加到最小一个砝码为止。将所有留下的砝码重量相加，就得此物体的重

2、量。仿照这一思路，逐次比较型A/D转换器，就是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。对11.10.1的电路，它由启动脉冲启动后，在第一个时钟脉冲作用下，控制电路使时序产生器的最高位置1,其他位置0，其输岀经数据寄存器将10000,送入D/A转换器。输入电压首先与D/A器输岀电压（Vre/2）相比较，女口V1> Vref/2，比较器输岀为1,若vi<Vef/2，则为0。比 置0。如最高位已存 1，则此时 vo=（ 3/4）Vre。于是vi再与（3/4）VRef相比较，女口 vi>（ 3/4 ） Vsef,则次咼位 B-2存

3、1,否则D-2=0;如最咼位为 0,则vo=Vre（/4 ,与vo比较，如vi> Vre（/4 ,则B-2 位存1,否则存0。以此类推，逐次比较得到输岀数字量。为了进一步理解逐次比较 A/D 转换器的工作原理及转换过程。下面用实例加以说明。设图 11.10.1 电路为 8 位 A/D 转换器,输入模拟量 v A=6.84V , D/A 转换器基准电压 VREF=10V。 根据逐次比较D/A转换器的工作原理，可画岀在转换过程中CP启动脉冲、D7D）及D/A转换器输岀电压V。的波形，如图11.10.2所示。由图11.10.2可见，当启动脉冲低电平到来后转换开始，在第一个CP作用下，数据寄存器

4、将 D0=10000000送入D/A转换器，其输岀电压V0=5V, Va与V。比较，va>v。存1;第二个CP到来时，寄存器输岀 DD0=11000000 , V0为7.5V , Va再与7.5V比较，因Va<7.5V，所以D6存0 ;输入第 三个CP时，DD0=10100000 , V0=6.25V ; Va再与V。比较，如此重复比较下去，经8个时钟周期，转换结束。由图中V0的波形可见，在逐次比较过程中，与输岀数字量对应的模拟电压V0逐渐逼近VA值，最后得到 A/D转换器转换结果 D7D0为10101111。该数字量所对应的模拟电压 为 6.8359375V ，与实际输入的模拟电

5、压 6.84V 的相对误差仅为 0.06%6S 0000M SO, A图11.10.2 8 位逐次比较型 A/D转换器波形图4. 特点 转换速度：（n+1）Tcp.速度快。（2）调整Vref,可改变其动态范围。5. 转换器电路举例常用的集成逐次比较型A/D转换器有 ADC0808/0809系列（8位）、AD575（10位）、AD574A（12位）等。例11.10.14位逐次比较型 A/D转换器的逻辑电路如图11.10.3所示。图中5移位寄存器可进行并入/并岀或串入/串岀操作，其F为并行置数端，高电平有效，S为高位串行输入。数据寄存器由D边沿触发器组成，数字量从QQ输岀，试分析电路的工作原理5I

6、DCt启动敌冲一TLIDCl<D4 (MSB)Dt口05 (LSBJD-iIDcr<s寿存器QcQQcQaQ s cp eitflf#®FED C B A_J 丁：工+3 VJUL图11.10.3 4 位逐次比较型 A/D转换器的逻辑电路解：电路工作过程如下：当启动脉冲上升沿到来后， FF。FF4被清零，Q5置1, Q的高电平开启 G2门，时钟CP脉冲进入移 位寄存器。在第一个 CP脉冲作用下，由于移位寄存器的置数使能端F已有0变为1,并行输入数据ABCDE置入，QQQQQ=01111。Q的低电平是数据寄存器的最高位置1,即QQQQ=1000。D/A转换将数字量1000转

7、换为模拟电压 vo,送入比较器 C与输入模拟电压 V1比较，若输入电压VI> vo,则比较器C输岀VC为1,否则为0。比较结果送 DDo第二个CP脉冲到来后，移位寄存器的串行输入端S为高电平，QA由0变1,同是最高位 Q的0移至次高位 Q。于是数据寄存器的 Q由0变1 ,这个正跳变作为有效触发信号加到 FF4的CP端使 VC的电平得以在 Q保存下来。此时，由于其他触发器无正跳变脉冲，VC的信号对它们不起作用。Q变为1后建立了新的D/A转换器的数据，输入电压在与其输出电压 vo相比较，比较结果在第三 个时钟脉冲作用下存于 Q。如此进行，直到 Q由1变0，使Q由1变0后将G封锁，转换 完毕。于是电路的输岀端 C3C2DD0得到与