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ADC轉換器分類介紹，不再被技術指標所困擾

文章來源：永阜康科技更新時間：2019/9/24 9:32:00

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ADC轉換器的分類
下面簡要介紹常用的幾種基本原理及特點：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。

（1）積分型
積分型AD工作原理是將輸入電壓轉換成時間（脈沖寬度信號）或頻率（脈沖頻率），然后由定時器/計數器獲得數字值。其優點是用簡單電路就能獲得高分辨率，抗干擾能力強（為何抗干擾能力強，因為對于零點正負的白噪聲，可以通過積分將其濾掉。），但缺點是由于轉換精度依賴于積分時間，因此轉換速率極低。初期的單片AD轉換器大多采用積分型，現在逐次比較型已逐步成為主流。

（2）逐次比較型SAR
逐次比較型AD由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成。從MSB開始，按順序對每一位將輸入電壓與內置DA轉換器輸出進行比較，經n次比較而輸出數字值。其電路規模屬于中等，其優點是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時價格很高。

（3）并行比較型/串并行比較型
并行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉換，又稱快速型。由于轉換速率極高，n位的轉換需要2n-1個比較器，因此電路規模也極大，價格也高，只適用于視頻AD轉換器等速度特別高的領域。

串并行比較型AD結構上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型AD轉換器配合DA轉換器組成，用兩次比較實行轉換，所以稱為半快速型。還有分成三步或多步實現AD轉換的叫做分級（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉換時序角度又可稱為流水線（Pipelined）型AD，現代的分級型AD中還加入了對多次轉換結果進行數字運算而修正特性等功能。這類AD的速度比逐次比較型高，電路規模比并行型小。

（4）Σ-Δ調制型（如AD7705）
Σ-Δ型AD由積分器、比較器、1位DA轉換器和數字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉換成時間（脈沖寬度）信號，用數字濾波器處理后得到數字值。電路的數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。

（5）電容陣列逐次比較型
電容陣列逐次比較型AD在內置DA轉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轉換器中多數電阻的值必須一致，但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，就可以用低廉成本制成高精度單片AD轉換器。最近的逐次比較型AD轉換器大多為電容陣列式的。

（6）壓頻變換型（如AD650）
壓頻變換型轉換器（Voltage-Frequency Converter）是通過間接轉換方式實現模數轉換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉換成頻率，然后用計數器將頻率轉換成數字量。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的寬度。其優點是分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數電路共同完成AD轉換。

AD轉換器的主要技術指標
（1）分辯率（Resolution）
指數字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2^n的比值。通常以數字信號的位數來表示。

（2）轉換速率（Conversion Rate）
是指完成一次從模擬到數字的AD轉換所需時間的倒數。積分型AD的轉換時間是毫秒級，屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級，屬中速AD，而全并行/串并行型AD可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率（Sample Rate）必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣于讓轉換速率的數值等同于采樣速率，這也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次（kilo/Million Samples per Second）。

（3）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的階梯狀轉移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1個或半個最小數字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。

（4）偏移誤差（Offset Error）
輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調至最小。

（5）滿刻度誤差（Full Scale Error）
滿刻度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。

（6）線性度（Linearity）
實際轉換器的轉移函數與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。在說精度之前，首先要說分辨率。最近已經有貼子專門討論了這個問題，結論是分辨率決不等同于精度。比如一塊精度0.2%（或常說的準確度0.2級）的四位半萬用表，測得A點電壓1.0000V，B點電壓1.0005V，可以分辨出B比A高0.0005V，但A點電壓的真實值可能在0.9980~1.0020之間不確定。

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