在儀器儀表系統(tǒng)中，常常需要將檢測(cè)到的連續(xù)變化的模擬量如：溫度、壓力、流量、速度、光強(qiáng)等轉(zhuǎn)變成離散的數(shù)字量，才能輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。這些模擬量經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)(一般為電壓信號(hào))，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(shí)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(jiǎn)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(jì)思想和制造技術(shù)層出不窮。為滿足各種不同的檢測(cè)及控制需要而設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)運(yùn)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(hào)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(shí)間、頻率、脈沖寬度等)，然后再將這個(gè)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(hào)與一個(gè)推測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)二者大小決定增大還是減小輸入信號(hào)，以便向模擬輸入信號(hào)逼進(jìn)。推測(cè)信號(hào)由D/A轉(zhuǎn)換器的輸出獲得，當(dāng)二者相等時(shí)，向D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字信號(hào)就對(duì)應(yīng)的時(shí)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(duì)輸入模擬電壓進(jìn)行固定時(shí)間的積分，然后轉(zhuǎn)為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓的反相積分，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。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(shí)間(脈沖寬度)信號(hào)，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(cè)量。這種轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度極高，達(dá)到16到24位的轉(zhuǎn)換精度，價(jià)格低廉，弱點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度比較慢，比較適合用于對(duì)檢測(cè)精度要求很高但對(duì)速度要求不是太高的檢驗(yàn)設(shè)備。常用的有AD7705、AD7714等。
V/F轉(zhuǎn)換器是把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，由良好的精度和線性，而且電路簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，價(jià)格低廉。適用于非快速的遠(yuǎn)距離信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換過程。常用的有LM311、AD650等。 |
