什么是轉換器？轉換器的分類有哪些？

分類：技術中心 3625人瀏覽 2020-11-20

轉換器的定義
將模擬信號轉換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉換器（簡稱a/d轉換器或adc,analog to digital converter），A/D轉換的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號，因此，A/D轉換一般要經過取樣、保持、量化及編碼4個過程。在實際電路中，這些過程有的是合并進行的，例如，取樣和保持，量化和編碼往往都是在轉換過程中同時實現(xiàn)的。

轉換器的分類
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。

積分型（如TLC7135）
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(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，逐次比較型已逐步成為主流。

逐次比較型（如TLC0831）
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，順序地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(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，在低分辨率（12位）時價格很高。

并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）
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FLash(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(guī)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Halfflash(半快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn)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(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉換結果作數(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)模比并行型小。

調制型（如AD7705）
Σ-Δ型AD由積分器、比較器、1位DA轉換器和數(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(shù)電阻的值必須一致，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轉換器。最近的逐次比較型AD轉換器大多為電容陣列式的。

壓頻變換型（如AD650）
壓頻變換型（Voltage-FrequencyConverter）是通過間接轉換方式實現(xiàn)模數(shù)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(shù)器將頻率轉換成數(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)點是分辨率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成AD轉換。

主要技術指標
分辨率(Resolution)指數(shù)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的n次方的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。
轉換速率(ConversionRate)是指完成一次從模擬轉換到數(shù)字的AD轉換所需的時間的倒數(shù)。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，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(SampleRate)必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數(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/MillionSamplesperSecond）。
量化誤差(QuantizingError)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(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。
偏移誤差(OffsetError)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。
滿刻度誤差(FullScaleError)滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。
線性度(Linearity)實際轉換器的轉移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。
其他指標還有：絕對精度(AbsoluteAccuracy)，相對精度(RelativeAccuracy)，微分非線性，單調性和無錯碼，總諧波失真（TotalHarmonicDistotortion縮寫THD）和積分非線性。

上一篇什么是直流開關電源？直流開關電源的工作原理是什么？下一篇什么是鋰電池？鋰電池的工作原理是怎樣的？