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美國仙童FAIRCHILD轉(zhuǎn)換器*

下面簡要介紹常用的幾種類型的基本原理及特點：積分型、逐次逼近型,、并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行比較型/串并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行型,、Σ-Δ調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型,。積分型AD工作原理是將輸首*首*首*首*首*首先進入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率),，然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率,，但缺點是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間,，因此轉(zhuǎn)換速率極低,。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型

逐次比較型AD由一個比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成,，從MSB開始，順序地對每一位將輸首*首*首*首*首*首先進入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行比較,，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值,。其電路規(guī)模屬于中等,。其優(yōu)點是速度較高、功耗低,，在低分辯率（12位）時價格很高,。并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行比較型/串并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行比較型（如TLC5510）并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行轉(zhuǎn)換,，又稱FLash(快速)型,。由于轉(zhuǎn)換速率*，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個比較器,，因此電路規(guī)模也極大,，價格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域,。

串并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行型和逐次比較型之間，zui典型的是由2個n/2位的并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成,，用兩次比較實預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行轉(zhuǎn)換，所以稱為Half flash(半快速)型,。還有分成三步或多步實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級（Multistep/Subrangling）型AD,，而從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱為流水線（Pipelined）型AD,，現(xiàn)代的分級型AD中還加首*首*首*首*首*首先進入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運算而修正特性等功能,。這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行型小。

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Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)調(diào)制型（如AD7705）Σ-Δ型AD由積分器,、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成,。原理上近似于積分型,，將輸首*首*首*首*首*首先進入電壓轉(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,。電容陣列逐次比較型電容陣列逐次比較型AD在內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式,，也可稱為電荷再分配型,。一般的電阻陣列DA轉(zhuǎn)換器中多數(shù)電阻的值必須*，在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列,，可以用低廉成本制成高精度單片AD轉(zhuǎn)換器。zui近的逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器大多為電容陣列式的,。

壓頻變換型（如AD650）壓頻變換型（Voltage-Frequency Converter）是通過間接轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的,。其原理是首先將輸首*首*首*首*首*首先進入的模擬信號轉(zhuǎn)換成頻率,，然后用計數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加,，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度,。其優(yōu)點是分辯率高,、功耗低、價格低,，但是需要外部計數(shù)電路共同完成AD轉(zhuǎn)換,。

AD轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標分辯率(Resolution) 指數(shù)字量變化一個zui小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值,。分辯率又稱精度,，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。轉(zhuǎn)換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù),。積分型AD的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速AD,，逐次比較型AD是微秒級屬中速AD，全并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行/串并預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行型AD可達到納秒級,。采樣時間則是另外一個概念,，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔,。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成,，采樣速率(Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率,。因此有人習慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的,。常用單位是ksps和Msps,，表示每秒采樣千/百萬次（kilo / Million Samples per Second）,。

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量化誤差(Quantizing Error) 由于AD的有限分辯率而引起的誤差,，即有限分辯率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的zui大偏差。通常是1 個或半個zui小數(shù)字量的模擬變化量,，表示為1LSB、1/2LSB,。偏移誤差(Offset Error) 輸首*首*首*首*首*首先進入信號為零時輸出信號不為零的值,，可外接電位器調(diào)至zui小,。滿刻度誤差(Full Scale Error) 滿度輸出時對應(yīng)的輸首*首*首*首*首*首先進入信號與理想輸首*首*首*首*首*首先進入信號值之差。線性度(Linearity) 實際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的zui大偏移,，不包括以上三種誤差,。其他指標還有：精度(Absolute Accuracy) ，相對精度(Relative Accuracy),，微分非線性,，單調(diào)性和無錯碼，總諧波失真（Total Harmonic Distotortion縮寫THD）和積分非線性,。

DA轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電路構(gòu)成無太大差異，一般按輸出是電流還是電壓,、能否作乘法運算等進預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行分類,。大多數(shù)DA轉(zhuǎn)換器由電阻陣列和n個電流開關(guān)(或電壓開關(guān))構(gòu)成。按數(shù)字輸首*首*首*首*首*首先進入值切換開關(guān),，產(chǎn)生比例于輸首*首*首*首*首*首先進入的電流(或電壓),。此外,，也有為了改善精度而把恒流源放首*首*首*首*首*首先進入器件內(nèi)部的。一般說來,，由于電流開關(guān)的切換誤差小,，大多采用電流開關(guān)型電路，電流開關(guān)型電路如果直接輸出生成的電流,，則為電流輸出型DA轉(zhuǎn)換器,。此外，電壓開關(guān)型電路為直接輸出電壓型DA轉(zhuǎn)換器,。

電壓輸出型DA轉(zhuǎn)換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的,，但一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗輸出,。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負載,，由于無輸出放大器部分的延遲,，故常作為高速DA轉(zhuǎn)換器使用,。電流輸出型DA轉(zhuǎn)換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流—電壓轉(zhuǎn)換電路得到電壓輸出,，后者有兩種方法：一是只在輸出引腳上接負載電阻而進預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行電流—電壓轉(zhuǎn)換，二是外接運算放大器,。用負載電阻進預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行電流—電壓轉(zhuǎn)換的方法，雖可在電流輸出引腳上出現(xiàn)電壓,，但必須在規(guī)定的輸出電壓范圍內(nèi)使用，而且由于輸出阻抗高，所以一般外接運算放大器使用,。此外,，大部分CMOSDA轉(zhuǎn)換器當輸出電壓不為零時不能正確動作，所以必須外接運算放大器,。當外接運算放大器進預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)*要*預(yù)先進要先進行電流電壓轉(zhuǎn)換時,，則電路構(gòu)成基本上與內(nèi)置放大器的電壓輸出型相同，這時由于在DA轉(zhuǎn)換器的電流建立時間上加首*首*首*首*首*首先進入了達算放首*首*首*首*首*首先進入器的延遲,，使響應(yīng)變慢,。此外，這種電路中運算放大器因輸出引腳的內(nèi)部電容而容易起振,，有時必須作相位補償,。