ADC 模数转换器如何选型?ADC 模数转换器分类详解
模数转换器的分类 积分型
积分型 AD 工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率 (脉冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。
逐次比较型
逐次比较型 AD 由一个比较器和 DA 转换器通过逐次比较逻辑构成,从 MSB 开始,顺序地对每一位将输入电压与内置 DA 转换器输出进行比较,经 n 次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。
并行比较型/串并行比较型
并行比较型 AD 采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称 FLash(快速)型。由于转换速率极高,n 位的转换需要 2n-1 个比较器。
串并行比较型
Half flash(半快速)型:是由 2 个 n/2 位的并行型 AD 转换器配合 DA 转换器组成,用两次比较实行转换。
三步或多步实现 AD 转换的叫做分级(MulTIstep/Subrangling)型 AD, 而从转换时序角度又可称为流水线(Pipelined)型 AD,现代的分级型 AD 中还 加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。
Σ-Δ调制型
Σ-Δ型 AD 由积分器、比较器、1 位 DA 转换器和数字滤波 器等组成。原理上近似于积分型,将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号, 用数字滤波器处理后得到数字值。
压频变换型
压频变换型是通过间接转换方式实现模数转换的。将输入的模拟信号转 换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量。
优点缺点分析:
模数转换器的选型 我们选型的时候一般需要考虑以下一些参数:
确定 A/D 转换器的精度:精度是反映转换器的实际输出接近理想输出的 精确程度的物理量。
分辩率(ResoluTIon) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量, 定义为满刻度与 2n 的比值。分辩率又称精度,通常以数字信号的位数来表示。
量化误差 (QuanTIzing Error) 由于 AD 的有限分辩率而引起的误差, 即有限分辩率 AD 的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率 AD(理想 AD)的转移 特性曲线(直线)之间的最大偏差。通常是 1 个或半个最小数字量的模拟变化 量,表示为 1LSB、1/2LSB。
在转化过程中,由于存在量化误差和系统误差,精度会有所损失。其中 量化误差对于精度的影响是可计算的,它主要决定于 A/D 转换器件的位数。
一般把 8 位以下的 A/D 转换器称为低分辨率 ADC,9~12 位称为中分辨 率 ADC,13 位以上为高分辨率。A/D 器件的位数越高,分辨率越高,量化误
差越小,能达到的精度越高。 选择 A/D 转换器的转换速率
转 换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的 AD 转 换所需的时间的倒数。采样时间则是另外一个概念,是指两次转换的间隔。为 了保证转换的正确完成,采样速率 (Sample Rate)必须小于或等于转换速率。 常用单位是 ksps 和 Msps,表示每秒采样千/百万次。 选择合适的量程
模拟信号的动态范围较大,有时还有可能出现负电压。在选择时,待测 信号的动态范围最好在 A/D 器件的量程范围内。 选择 A/D 器件的输出接口
A/D 器件接口的种类很多,有并行总线接口的,有 SPI、I2C、1-Wire 等 串行总线接口的。它们在原理和精度上相同,但是控制方法和接口电路会有很 大差异。
选择 A/D 器件的通道数和封装
这与系统有关,通道数要满足整个采集系统的需要。封装则决定 PCB 布 板的时候的大小,而且在高速应用的时候也影响连线的分布参数。 选择 A/D 器件温度范围
这仅仅与一些苛刻的环境有关,注意每个 AD 有固定的应用的温度范围。
常用的选型表:
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