ADC种类及参数选择

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1、ADC的分类特性和参数选择 尽管A/D转换器的种类很多，但目前广泛应用的主要有：逐次逼近式A/D转换器、双积分式A/D转换器、V/F变换式A/D转换器，新型的Σ-Δ型A/D转换器。逐次逼近寄存器型(SAR)模拟数字转换器(ADC)是采样速率低于5Msps(每秒百万次采样)的中等至高分辨率应用的常见结构。SARADC的分辨率一般为8位至16位，具有低功耗、小尺寸等特点。这些特点使该类型ADC具有很宽的应用范围，例如便携/电池供电仪表、笔输入量化器、工业控制和数据/信号采集等。顾名思义，SARADC实质上是实现一种二进制搜索算法。所以，当内部电路运行在数兆赫兹(MH

2、z)时，由于逐次逼近算法的缘故，ADC采样速率仅是该数值的几分之一。SARADC的架构：尽管实现SARADC的方式千差万别，但其基本结构非常简单(见图1)。模拟输入电压(VIN)由采样/保持电路保持。为实现二进制搜索算法，N位寄存器首先设置在中间刻度(即：100....00，MSB设置为1)。这样，DAC输出(VDAC)被设为VREF/2，VREF是提供给ADC的基准电压。然后，比较判断VIN是小于还是大于VDAC。如果VIN大于VDAC，则比较器输出逻辑高电平或1，N位寄存器的MSB保持为1。相反，如果VIN小于VDAC，则比较器输出逻辑低电平，N位寄存器的M

3、SB清0。随后，SAR控制逻辑移至下一位，并将该位设置为高电平，进行下一次比较。这个过程一直持续到LSB。上述操作结束后，也就完成了转换，N位转换结果储存在寄存器内。                                       图1.简单的N位SARADC架构图2给出了一个4位转换示例，y轴(和图中的粗线)表示DAC的输出电压。本例中，第一次比较表明VINVDAC，位2保持为1。DAC置为01102，执行第三次比较。根据比较结果，位1置0，DAC又设置为010

4、12，执行最后一次比较。最后，由于VIN>VDAC，位0确定为1。图2.SAR工作原理(以4位ADC为例)注意，对于4位ADC需要四个比较周期。通常，N位SARADC需要N个比较周期，在前一位转换完成之前不得进入下一次转换。由此可以看出，该类ADC能够有效降低功耗和空间，当然，也正是由于这个原因，分辨率在14位至16位，速率高于几Msps(每秒百万次采样)的逐次逼近ADC极其少见。一些基于SAR结构的微型ADC已经推向市场。MAX1115/MAX1116和MAX1117/MAX11188位ADC以及分辨率更高的可互换产品MAX1086和MAX1286(分别为10

5、位和12位)，采用微小的SOT23封装，尺寸只有3mmx3mm。12位MAX11102采用3mmx3mmTDFN封装或3mmx5mmµMAX®封装。SARADC的另一个显着的特点是：功耗随采样速率而改变。这一点与闪速ADC或流水线ADC不同，后者在不同的采样速率下具有固定的功耗。这种可变功耗特性对于低功耗应用或者不需要连续采集数据的应用非常有利(例如，用于PDA数字转换器)。SAR的深入分析SARADC的两个重要部件是比较器和DAC，稍后我们可以看到，图1中采样/保持电路可以嵌入到DAC内，不作为一个独立的电路。SARADC的速度受限于：·DAC的建立时间，在这

6、段时间内必须稳定在整个转换器的分辨率以内(如：?LSB)·比较器，必须在规定的时间内能够分辨VIN与VDAC的微小差异·逻辑开销DACDAC的最大建立时间通常取决于其MSB的建立时间，原因很简单，MSB的变化代表了DAC输出的最大偏移。另外，ADC的线性也受DAC线性指标的限制。因此，由于元件固有匹配度的限制，分辨率高于12位的SARADC常常需要调理或校准，以改善其线性指标。虽然这在某种程度上取决于处理工艺和设计，但在实际的DAC设计中，元件的匹配度将线性指标限制在12位左右。 SARADC的主要优点是低功耗、高分辨率、高精度、以及小尺寸。由于这些优势，SAR

7、ADC常常与其它更大的功能集成在一起。SAR结构的主要局限是采样速率较低，并且其中的各个单元(如DAC和比较器)，需要达到与整体系统相当的精度。一般dsp和mcu中集成的8位、12位、16位ADC多数是SAR型的，如ADI(Blackfin),STC，silabs等。双积分式A/D转换器双积分式A/D转换器的基本原理是：先对输入模拟电压进行固定时间的积分，然后转为对标准电压的反相积分，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。这种A/D转换器的转换速度较慢，但精度较高。由双积分式发展为四重积分、五重积分等多种

8、方式，在保证转换精度的前