几种不同类型的A/D转换器的转换原理

A/D转换器是将模拟信号变换成相应的数字信号的装置。今天来介绍几种不同类型的A/D转换器的转换原理。

双积分式A/D转换器的转换原理

这种转换本质是一种V/T（电压/时间）的转换。如下图所示，它的一次转换基本工作原理可以分成三个工作阶段。

双积分式A/D转换器基本组成

双积分式A/D转换器的工作原理是一种V/T（电压/时间）的转换，具体可分为三个工作阶段。

第一阶段是采样阶段，此时模拟开关S1导通，其余各模拟开关断开，此阶段对输入电压积分采样。在进入此阶段之前，积分器的输出已被复零，所以当输入电压Vi为正时，积分器输出负向渐增；当输入电压Vi为负时，积分器输出正向渐增。

第二阶段是反相积分阶段，此时模拟开关S1断开，其余各模拟开关仍保持断开状态，此阶段对参考电压VREF进行反向积分，直至积分输入返回初始值。这两个积分时间的长短正比于二者的大小，进而可以得出对应模拟电压的数字量。

第三阶段是计数阶段，此时计数器开始对时钟脉冲进行计数，直到计数器的计数值与第二阶段的积分时间相等时停止计数，并输出对应的数字量。由于该转换电路是对输入电压的平均值进行变换，所以它具有很强的抗工频干扰能力，在数字测量中得到广泛应用。

逐次逼近式A/D转换器

逐次逼近式A/D转换器是一种常见的数字信号处理技术，用于将模拟信号转换为数字信号。这种转换器主要包含逐次逼近寄存器、D/A转换器和比较器等部分。

如下图所示为逐次逼近式A/D转换器结构框图，一般由电压比较器N1、D/A转换器、控制逻辑、移位寄存器和输出锁存器等组成。

逐次逼近式A/D转换器结构图

其工作原理如下：首先，逐次逼近寄存器清零；然后，开始进行转换。在此过程中，从最高位开始逐位比较，根据输入的模拟信号电压与内置D/A转换器产生的参考电压的比较结果，决定该位的数字值为1还是0。接着，该位的值被送入逐次逼近寄存器中，同时D/A转换器的输出电压被调整为下一个要比较的电压值。这一过程会逐位进行，直至最低位完成比较。最后，逐次逼近寄存器中的数值即为对应的数字量。

值得注意的是，逐次逼近型A/D转换器的分辨率一般为8位至16位，因此它适用于中等至高分辨率的应用。

二进制斜坡式A/D转换器

二进制斜坡式A/D转换器原理

二进制斜坡式A/D转换器的基本电路如上图（a）所示。它由D/A转换器、二进制计数器、控制门、比较器和控制逻辑等部分组成。

二进制斜坡式A/D转换器是一种常见的数字信号处理技术，用于将模拟信号转换为数字信号。这种转换器主要包含二进制计数器、D/A转换器、控制门、比较器和控制逻辑等部分。其工作原理如下：首先，D/A转换器生成一个随着时间线性增加的电压或电流；然后，这个斜坡电压或电流与输入的模拟信号进行比较；当斜坡电压或电流达到输入模拟信号的值时，比较器会产生一个跳变信号，这个跳变信号会被二进制计数器捕捉并记录下来，从而完成一次A/D转换。

值得注意的是，二进制斜坡式A/D转换器的分辨率取决于斜坡电压或电流的精度和二进制计数器的位数。因此，它通常适用于需要高精度和高分辨率的应用。此外，它的优点是结构简单，响应速度快；缺点是如果输入模拟信号的幅度超过了D/A转换器的最大输出范围，可能会导致转换误差。

并行比较式A/D转换器

并行比较式A/D转换器是一种常见的数字信号处理技术，用于将模拟信号转换为数字信号。这种转换器主要包含电阻分压器、电压比较器、寄存器及编码器等部分。

其工作原理如下：首先，电阻分压器将参考电压分成多个等级；然后，根据输入的模拟信号电压，电压比较器会逐个比较这些等级与输入模拟信号的大小；每当找到一个与输入模拟信号相等或超过的等级时，对应的二进制位就会被设置为1，其余位保持为0；最后，这些二进制位被送入寄存器中并被解码，从而完成一次A/D转换。

n位并行式A/D转换器电路组成原理

值得注意的是，并行比较式A/D转换器的分辨率取决于分压器的电阻个数和每一位的权重，因此它通常适用于需要高分辨率的应用。此外，它的优点是转换速度快，因为它可以同时进行多位的比较和转换；缺点是电路结构复杂，价格较高。