8.2.2AVD转换器工作原理 直接AD转换器：并行比较型AD转换器 逐次比较型AD转换器 间接AD转换器：双积分型A/D转换器 电压转换型AD转换器 1. 逐次比较型AD转换器 天平称重过程：砝码（从最重到最轻），依次 比较，保留/移去，相加。 逐次比较思路：不同的基准电压一一砝码
8.2.2 A/D转换器工作原理 直接A/D转换器：并行比较型A/D转换器 逐次比较型A/D转换器 间接A/D转换器：双积分型A/D转换器 电压转换型A/D转换器 1. 逐次比较型A/D转换器 天平称重过程：砝码（从最重到最轻），依次 比较，保留/移去，相加。 逐次比较思路：不同的基准电压－－砝码
CP 时钟 移位寄存器 n位A/D转 模拟 量输入 电压 换器 比较器 控制逻 数据寄存器 启 辑电路 Dn2 : 数字 基准电压 量输出 D UREF Do UREF D/A转换器 uo 电路由启动脉冲启动后： 逐次逼近型ADC电路框图 CP DD2 Dn3...DiDo 4o(V) >o? 0 100..00 0.5UREF 1(D1为1)/0(D.1为0) 1 D110..00 0.75/0.250RE证 1(D.2为1)/0(D2为0) 2 Dm1Dm21…00 40 1(D3为1)/0(D3为0) n-1 DD2Dn3...D11 1(D为1)/0(D为0)
逐次逼近型ADC电路框图 CP D n-1D n-2 D n-3…D1D0 u0 (V) uI>uO？ 0 1 0 0… 00 0.5UREF 1（Dn-1为1）/0（D n-1为0） 1 D n-1 1 0… 00 0.75/0.25UREF 1（Dn-2为1）/0（D n-2为0） 2 D n-1 D n-2 1… 00 … 1（Dn-3为1）/0（D n-3为0） … … … … n-1 D n-1D n-2 D n-3…D1 1 … 1（D0为1）/0（D0为0） 基准电压 UREF n位A/D转 换器 电路由启动脉冲启动后:
实例 8位AD转换器，输入模拟量u=6.84V, u≥uo为1 否则为0 D/A转换器基准电压UREp=IOV。 CP D-D DDD:D2D Do uo(V) u-uo 0 10000000 5 1 1 11000000 7.5 0 2 10100000 6.25 1 3 10110000 6.875 0 4 10101000 6.5625 1 5 10101100 6.71875 1 6 10101110 6.796875 7 10101111 6.8359375 1 相对误差仅为0.06%。转换精度取决于位数
实例 8位A/D转换器，输入模拟量uI=6.84V， D/A转换器基准电压 UREF=10V。 相对误差仅为0.06%。转换精度取决于位数。 CP D7D6D5D4D3D2D1D0 u0 (V) uI>uO 0 10000000 5 1 1 11000000 7.5 0 2 10100000 6.25 1 3 10110000 6.875 0 4 10101000 6. 5625 1 5 10101100 6.71875 1 6 10101110 6.796875 1 7 10101111 6.8359375 1 uI>uO为1 否则为0
→10μs Co 启动脉冲一 D1- D51 DA D2 Do- uo/V 9 8 7.50000 1 6.87506.5625 6.796875 6.2500 .71875 6.835937 5.0000 4 2 0.00 t/μs 转换时间=80μs 8位逐次比较型A/D转换器波形图
8位逐次比较型A/D转换器波形图
2.双积分型AD转换器 基本原理：对输入模拟电压w和基准电压-UREF 分别进行积分，将输入电压平均值变换成与之成正 比的时间间隔T2,然后在这个时间间隔里对固定频 率的时钟脉冲计数，计数结果N就是正比于输入模 拟信号的数字量信号。 (1)电路组成
2. 双积分型A/D转换器 基本原理：对输入模拟电压uI和基准电压-UREF 分别进行积分，将输入电压平均值变换成与之成正 比的时间间隔T2，然后在这个时间间隔里对固定频 率的时钟脉冲计数，计数结果N就是正比于输入模 拟信号的数字量信号。 （1）电路组成
双积分型ADC电路 S21 A 检零比较器 _UREF uo B uc n位计数器 1 & R 转换控 Dn-1· D D,LPCR制信号 ④家皆裤压瑰进积愈打直 次计数，是将时间间隔 T,变成脉冲个数N保存下来
双积分型ADC电路 ① 积分器： Qn=0，对被测电压uI进行积分； Qn=1，对基准电压-UREF进行积分。 ② 检零比较器C：当uO≥0时，uC ＝0； 当uO＜0时，uC ＝1。 ③ 计数器：为n＋1位异步二进制计数器。第一次计数，是从0开始直 到2 n对CP脉冲计数，形成固定时间T1 ＝2 nTc（Tc为CP脉冲的周期）， T1时间到时Qn ＝1，使S1从A点转接到B点。第二次计数，是将时间间隔 T2变成脉冲个数N保存下来。 ④ 时钟脉冲控制门G1：当uC =1时，门G1打开， CP脉冲通过门G1加到计数器输入端
(1)电路组成 ① 积分器：2.=0，对被测电压u进行积分； 2.=1,对基准电压-UREF进行积分。 ② 检零比较器C:当uo0时，uc=0;当uo< 0时，uc=1。 ③计数器：为n+1位异步二进制计数器。第一 次计数，是从0开始直到2对CP脉冲计数，形成固 定时间T,=2Tc(Tc为CP脉冲的周期)，T,时间到 时2.=1，使S从A点转接到B点。第二次计数，是 将时间间隔T,变成脉冲个数N保存下来。 ④时钟脉冲控制门G:当uc=1时，门G,打开 CP脉冲通过门G,加到计数器输入端
① 积分器： Qn=0，对被测电压uI进行积分； Qn=1，对基准电压-UREF进行积分。 ② 检零比较器C：当uO≥0时，uC ＝0；当uO＜ 0时，uC ＝1。 ③ 计数器：为n＋1位异步二进制计数器。第一 次计数，是从0开始直到2 n对CP脉冲计数，形成固 定时间T1 ＝2 nTc（Tc为CP脉冲的周期），T1时间到 时Qn ＝1，使S1从A点转接到B点。第二次计数，是 将时间间隔T2变成脉冲个数N保存下来。 ④ 时钟脉冲控制门G1：当uC =1时，门G1打开， CP脉冲通过门G1加到计数器输入端。 （1）电路组成
(2)工作原理 先定时（T1)对u正 s1 +4 向积分，得到Up,Up∝u -UREF UREF uo T T 再对-UREF积分，积 1 U'r 分器的输出将从U线性上 Up=-- 2Tc Ur n 升到零。这段积分时间是 T2,T2Un∝u1i 0 c 在T,期间内计数器对 时钟脉冲CP计得的个数为 n个CP脉冲 N,NocT2UpHI o业 2'Tc 由于这种转换需要两 双积分型ADC的工作波形 次积分才能实现，因此称 该电路为双积分型ADC
（2）工作原理 双积分型ADC的工作波形 先定时（T1）对uI正 向积分，得到Up，Up ∝uI； 再对－UREF积分，积 分器的输出将从Up线性上 升到零。这段积分时间是 T2，T2 ∝Up ∝uI； 在T2期间内计数器对 时钟脉冲CP计得的个数为 N，N∝T2 ∝Up ∝uI 。 由于这种转换需要两 次积分才能实现，因此称 该电路为双积分型ADC
工作过程： ①准备阶段：转换控制信号CR=0,将计数器 清0，并通过G,接通开关S2,使电容C放电；同时， 2n=0使S接通A点。 检零比较器 UREF S uc 1G2 n位计数器 转换控 D-1… CPCR制信号
工作过程： ① 准备阶段：转换控制信号CR＝0，将计数器 清0，并通过G2接通开关S2，使电容C放电；同时， Qn ＝0使S1接通A点
② 采样阶段：当=0时，CR变为高电平，开 关S,断开，积分器从0开始对u积分，积分器的输出 电压从0V开始下降，即 RC S2 检零比较器 46 uc C 1G2 n位计数器 11 转换控 CPCR制信号
② 采样阶段：当t＝0时，CR变为高电平，开 关S2断开，积分器从0开始对uI积分，积分器的输出 电压从0V开始下降，即 = − t O uI dt RC u 0 1
