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AD(模数转换)采样原理,类型详细介绍

ADC包括三个基本功能:采样,量化和编码。采样过程是及时将模拟信号离散化,使其成为采样信号。
量化是将采样信号的幅度离散化,使其成为数字信号;编码是将数字信号转换为数字系统可接受的形式。如何实现这三个功能决定了ADC的形式和性能。
同时,ADC的分辨率越高,转换时间越长,转换速度越低。因此,ADC的分辨率和转换率始终相互制约。
因此,在开发高分辨率ADC时,必须考虑高速。在开发高速ADC时,还必须考虑高分辨率。
应用领域的兼容性和特殊要求等问题也使ADC的结构和分类变得复杂。 ADC具有不同的转换率,使用不同的接口电路,并提供不同的精度。
最常用的ADC类型包括闪存ADC,逐次逼近ADC和sigma-delta ADC。 1 Flash ADC Flash ADC是最快的转换速率类型。
闪存ADC在每个电压阶跃中均使用一个比较器和一组电阻器。因此,一个4位ADC具有16个比较器,而一个8位ADC具有256个比较器。
所有比较器输出都连接到逻辑设备,该逻辑设备根据比较器的电压确定输出。闪存ADC的转换速率是比较器的延迟与逻辑设备的延迟之和(逻辑设备的延迟通常可以忽略不计)。
闪存ADC的转换速率非常快,但是它需要占用巨大的空间。并且由于需要大量的比较器,所以闪速ADC仅仅是功率“黑洞”,其需要高电流强度。
10位闪存ADC所需的电流约为0.5A。闪存ADC的一个变体是半闪存ADC,它使用内置的数模转换器(DAC)来减少内部比较器的数量。
半闪存转换器的转换速率低于真实闪存转换器的转换速率,但高于其他类型的ADC。 2逐次逼近型ADC逐次逼近型转换器使用比较器和计数逻辑器件完成转换。
转换的第一步是检查输入是否高于参考电压的一半,如果更高,则将输出的最高有效位(MSB)设置为1。然后将输入值减去参考值的一半。
然后,检查结果是否大于参考电压的1/4,依此类推,直到所有输出位均设置为“ 1”为止。或清除。
逐次逼近ADC所需的时钟周期与执行转换所需的输出位数相同。 3Σ-ΔADCΣ-ΔADC使用1位DAC,滤波和附加采样来实现非常精确的转换。
转换精度取决于参考输入和输入时钟频率。 sigma-delta转换器的主要优点是分辨率更高。
闪存和逐次逼近型ADC使用并联电阻或串联电阻。这些方法的问题在于电阻的精度将直接影响转换结果的精度。
尽管新的ADC使用非常精确的激光微调电阻器网络,但电阻器并联仍然不准确。 sigma-delta转换器中没有电阻的并联连接,但是可以通过几次采样获得收敛的结果。
sigma-delta转换器的主要缺点是其转换率。由于转换器的工作机制是对输入进行过采样,因此转换需要更多的时钟周期。
在给定时钟速率的条件下,sigma-delta转换器的速率低于其他类型的转换器;或者从另一个角度来看,对于给定的转换率,sigma-delta转换器需要更高的时钟频率。 sigma-delta转换器的另一个缺点是,将占空比信息转换为数字输出字的数字滤波器的结构非常复杂,但是sigma-delta转换器具有添加数字滤波器或DSP功能的能力。
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