在儀器儀表系統(tǒng)中，常常需要將檢測到的連續(xù)變化的模擬量如：溫度、壓力、流量、速度、光強等轉(zhuǎn)變成離散的數(shù)字量，才能輸入到計算機中進行處理。這些模擬量經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(一般為電壓信號)，經(jīng)過放大器放大后，就需要經(jīng)過一定的處理變成數(shù)字量。實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)變的設(shè)備通常成為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),簡稱A/D。
隨著集成電路的飛速發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計思想和制造技術(shù)層出不窮。為滿足各種不同的檢測及控制需要而設(shè)計的結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)運而生。
下面講講A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理和分類。
根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的原理可將A/D轉(zhuǎn)換器分成兩大類。一類是直接型A/D轉(zhuǎn)換器，將輸入的電壓信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，不經(jīng)過中間任何變量;另一類是間接型A/D轉(zhuǎn)換器，將輸入的電壓轉(zhuǎn)變成某種中間變量(時間、頻率、脈沖寬度等)，然后再將這個中間量變成數(shù)字代碼輸出。
盡管A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，但目前廣泛應(yīng)用的主要有三種類型：逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、V/F變換式A/D轉(zhuǎn)換器。另外，近些年有一種新型的Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器異軍突起，在儀器中得到了廣泛的應(yīng)用。
逐次逼近式(SAR)A/D轉(zhuǎn)換器(SAR)的基本原理是：將待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號與一個推測信號進行比較，根據(jù)二者大小決定增大還是減小輸入信號，以便向模擬輸入信號逼進。推測信號由D/A轉(zhuǎn)換器的輸出獲得，當二者相等時，向D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字信號就對應(yīng)的時模擬輸入量的數(shù)字量。這種A/D轉(zhuǎn)換器一般速度很快，但精度一般不高。常用的有ADC0801、ADC0802、AD570等。
雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理是：先對輸入模擬電壓進行固定時間的積分，然后轉(zhuǎn)為對標準電壓的反相積分，直至積分輸入返回初始值，這兩個積分時間的長短正比于二者的大小，進而可以得出對應(yīng)模擬電壓的數(shù)字量。這種A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較慢，但精度較高。由雙積分式發(fā)展為四重積分、五重積分等多種方式，在保證轉(zhuǎn)換精度的前提下提高了轉(zhuǎn)換速度。常用的有ICL7135、ICL7109等。
Σ-Δ型AD由積分器、比較器、1位D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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。這種轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度極高，達到16到24位的轉(zhuǎn)換精度，價格低廉，弱點是轉(zhuǎn)換速度比較慢，比較適合用于對檢測精度要求很高但對速度要求不是太高的檢驗設(shè)備。常用的有AD7705、AD7714等。
V/F轉(zhuǎn)換器是把電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號，由良好的精度和線性，而且電路簡單，對環(huán)境適應(yīng)能力強，價格低廉。適用于非快速的遠距離信號的A/D轉(zhuǎn)換過程。常用的有LM311、AD650等。
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