ADC工作原理及種類

模擬信號(hào)

模擬信號(hào)是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)?；蛟谝欢芜B續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)。像那些電壓/電流與聲音這些都是模擬信號(hào)。

數(shù)字信號(hào)

數(shù)字信號(hào)是指幅度的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)。二進(jìn)制碼就是一種數(shù)字信號(hào)。二進(jìn)制碼受噪聲的影響小，易于數(shù)字電路進(jìn)行處理，所以得到了廣泛應(yīng)用。

ADC

Analog-to-Digital Converter（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），從字面上看，A稱為模擬信號(hào)（Analog Signal），D稱為數(shù)字信號(hào)（digital signal），A/D轉(zhuǎn)換器也就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的器件。而DAC，D/A轉(zhuǎn)換器剛好與A/D功能相反，它是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。

常用的ADC種類

現(xiàn)在的數(shù)字圖像采集都需要有高速的A/D采樣保證有效性和精度，一般的測(cè)控系統(tǒng)也希望在精度上有所突破，人類的數(shù)字化的浪潮推動(dòng)了A/D轉(zhuǎn)換器的不斷變革，而A/D轉(zhuǎn)換器是人類實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的先鋒。A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)展，經(jīng)歷了多次的革新，目前常見(jiàn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）有：

逐次逼近型ADC：逐次逼近型主要應(yīng)用于中速或低速、中等精度的數(shù)據(jù)采集和智能儀器中。

逐次逼近型工作框圖

積分型ADC：積分型主要應(yīng)用于中速或較低速、中等精度的數(shù)據(jù)采集和智能儀器中。

積分型ADC

壓頻變換ADC：壓頻變換型主要應(yīng)用于中速或較低速、中等精度的數(shù)據(jù)采集和智能儀器中。

V-F型1A/D轉(zhuǎn)換器邏輯圖

ADC工作原理

ADC是模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)是曲線，而數(shù)字信號(hào)是由0和1組成的，所以在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)有數(shù)據(jù)失真的存在，這個(gè)就與ADC的精度有關(guān)了，如果要完全非常精確的描述出整個(gè)模擬信號(hào)，那么這個(gè)數(shù)字信號(hào)將要精確到小數(shù)點(diǎn)后很多位，這樣的精度是無(wú)止境的。

這種AD轉(zhuǎn)換采用對(duì)模擬信號(hào)逐次逼近數(shù)字信號(hào)的方式來(lái)做的，在一個(gè)芯片的內(nèi)部，模擬信號(hào)傳輸進(jìn)去，通過(guò)芯片內(nèi)部模擬信號(hào)部件比對(duì)之后，從而轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)給到芯片內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)寄存器。

SAR ADC基本結(jié)構(gòu)

STM32單片機(jī)的ADC是逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。下面對(duì)該類型模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行分析。

逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理框圖

逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，就是將輸入模擬信號(hào)與不同的參電信號(hào)與不同的參考電壓作多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。轉(zhuǎn)換開(kāi)始前先將所有寄存器清零。開(kāi)始轉(zhuǎn)換之后，時(shí)鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1，使輸入數(shù)字為100…0。這個(gè)數(shù)被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓U0，送到比較器與Ui比較。

若U0＞Ui，說(shuō)明數(shù)字過(guò)大，故將最高位1清除；若U0＜Ui，說(shuō)明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將最高位的1保留。然后，再按同樣的方式將次高位置成1，并且經(jīng)過(guò)比較以后確定這個(gè)1是否應(yīng)該保留。這樣逐位比較下去，一直到最低為為止。比較完成后，寄存器中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。