A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)變換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的裝置。今天來(lái)介紹幾種不同類型的A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理。

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理

這種轉(zhuǎn)換本質(zhì)是一種V/T（電壓/時(shí)間）的轉(zhuǎn)換。如下圖所示，它的一次轉(zhuǎn)換基本工作原理可以分成三個(gè)工作階段。

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器基本組成

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理是一種V/T（電壓/時(shí)間）的轉(zhuǎn)換，具體可分為三個(gè)工作階段。

第一階段是采樣階段，此時(shí)模擬開關(guān)S1導(dǎo)通，其余各模擬開關(guān)斷開，此階段對(duì)輸入電壓積分采樣。在進(jìn)入此階段之前，積分器的輸出已被復(fù)零，所以當(dāng)輸入電壓Vi為正時(shí)，積分器輸出負(fù)向漸增；當(dāng)輸入電壓Vi為負(fù)時(shí)，積分器輸出正向漸增。

第二階段是反相積分階段，此時(shí)模擬開關(guān)S1斷開，其余各模擬開關(guān)仍保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，此階段對(duì)參考電壓VREF進(jìn)行反向積分，直至積分輸入返回初始值。這兩個(gè)積分時(shí)間的長(zhǎng)短正比于二者的大小，進(jìn)而可以得出對(duì)應(yīng)模擬電壓的數(shù)字量。

第三階段是計(jì)數(shù)階段，此時(shí)計(jì)數(shù)器開始對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與第二階段的積分時(shí)間相等時(shí)停止計(jì)數(shù)，并輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。由于該轉(zhuǎn)換電路是對(duì)輸入電壓的平均值進(jìn)行變換，所以它具有很強(qiáng)的抗工頻干擾能力，在數(shù)字測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。

逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器

逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種常見的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這種轉(zhuǎn)換器主要包含逐次逼近寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器和比較器等部分。

如下圖所示為逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)框圖，一般由電壓比較器N1、D/A轉(zhuǎn)換器、控制邏輯、移位寄存器和輸出鎖存器等組成。

逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖

其工作原理如下：首先，逐次逼近寄存器清零；然后，開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在此過(guò)程中，從最高位開始逐位比較，根據(jù)輸入的模擬信號(hào)電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的參考電壓的比較結(jié)果，決定該位的數(shù)字值為1還是0。接著，該位的值被送入逐次逼近寄存器中，同時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓被調(diào)整為下一個(gè)要比較的電壓值。這一過(guò)程會(huì)逐位進(jìn)行，直至最低位完成比較。最后，逐次逼近寄存器中的數(shù)值即為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。

值得注意的是，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率一般為8位至16位，因此它適用于中等至高分辨率的應(yīng)用。

二進(jìn)制斜坡式A/D轉(zhuǎn)換器

二進(jìn)制斜坡式A/D轉(zhuǎn)換器原理

二進(jìn)制斜坡式A/D轉(zhuǎn)換器的基本電路如上圖（a）所示。它由D/A轉(zhuǎn)換器、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、控制門、比較器和控制邏輯等部分組成。

二進(jìn)制斜坡式A/D轉(zhuǎn)換器是一種常見的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這種轉(zhuǎn)換器主要包含二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換器、控制門、比較器和控制邏輯等部分。其工作原理如下：首先，D/A轉(zhuǎn)換器生成一個(gè)隨著時(shí)間線性增加的電壓或電流；然后，這個(gè)斜坡電壓或電流與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較；當(dāng)斜坡電壓或電流達(dá)到輸入模擬信號(hào)的值時(shí)，比較器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)跳變信號(hào)，這個(gè)跳變信號(hào)會(huì)被二進(jìn)制計(jì)數(shù)器捕捉并記錄下來(lái)，從而完成一次A/D轉(zhuǎn)換。

值得注意的是，二進(jìn)制斜坡式A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率取決于斜坡電壓或電流的精度和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的位數(shù)。因此，它通常適用于需要高精度和高分辨率的應(yīng)用。此外，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快；缺點(diǎn)是如果輸入模擬信號(hào)的幅度超過(guò)了D/A轉(zhuǎn)換器的最大輸出范圍，可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換誤差。

并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器

并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器是一種常見的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這種轉(zhuǎn)換器主要包含電阻分壓器、電壓比較器、寄存器及編碼器等部分。

其工作原理如下：首先，電阻分壓器將參考電壓分成多個(gè)等級(jí)；然后，根據(jù)輸入的模擬信號(hào)電壓，電壓比較器會(huì)逐個(gè)比較這些等級(jí)與輸入模擬信號(hào)的大??；每當(dāng)找到一個(gè)與輸入模擬信號(hào)相等或超過(guò)的等級(jí)時(shí)，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位就會(huì)被設(shè)置為1，其余位保持為0；最后，這些二進(jìn)制位被送入寄存器中并被解碼，從而完成一次A/D轉(zhuǎn)換。

n位并行式A/D轉(zhuǎn)換器電路組成原理

值得注意的是，并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率取決于分壓器的電阻個(gè)數(shù)和每一位的權(quán)重，因此它通常適用于需要高分辨率的應(yīng)用。此外，它的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)進(jìn)行多位的比較和轉(zhuǎn)換；缺點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高。