AD和DA转换器的分类及其主要技术指标

1.AD转换器的分类以下简要介绍一些常用类型的基本原理和特征：积分型、逐次近似型、并联比较型/串联并联型、-调制型、电容阵列逐次比较型和压电频率转换型。1 )积分型(TLC7135等)积分AD的操作原理将输入电压转换为时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，并由计时器/计数器获得数字值。 虽然具有通过简单的电路得到高分辨率的优点，但由于转换精度依赖于积分时间，因此具有转换速率极低的缺点。 初期的单片AD转换器多采用积分型，现在逐次比较型成为主流。2 )逐次比较型(TLC0831等)逐次比较型AD由1个比较器和DA转换器由逐次比较逻辑构成，从MSB开始按顺序逐位比较输入电压与内置DA转换器输出，并以n次比较输出数字值。 其电路规模为中等。 其优点是速度高、功耗低、低分辨率(12比特)下价格便宜，而高精度(12比特)下价格高。3 )并行比较型/串行并行比较型(TLC5510等)并行比较型AD采用多个比较器，通过一次比较就进行变换，因此也被称为FLash (快速)型。 由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模极大，价格也高，只能应用于视频a/d转换器等非常高速的区域。串并行比较型AD结构处于并行型和逐次比较型之间，最典型的结构是由2个n/2位并行型AD转换器和DA转换器构成，通过2次比较进行转换而被称为Half flash型。 另外，将AD转换部分地实现为三个阶段或多个阶段的AD称为层级AD，从转换时序的观点来看，也称为流水线型AD，并且在当前层级AD中添加了通过对多次转换结果进行数字运算来校正特性的功能。 这种AD速度比逐次比较型高，电路规模比并联型小。4)-(Sigma/FONTdelta )调制类型(例如，AD7705 )-型AD包括积分器、比较器、1位DA转换器、数字滤波器等。 原理上近似为积分型，将输入电压转换为时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理而得到数字值。 电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易实现高分辨率化。 主要用于语音和测量。5 )电容阵列逐次比较型电容阵列依次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式，也称为电荷再分配型。 在一般的电阻阵列DA转换器中，多个电阻的值必须匹配，并不容易在单芯片上生成高精度电阻。 如果使用电容器阵列来代替电阻阵列，则能够以低成本制作高精度的单片AD转换器。 最近的逐级比较AD转换器大多是电容阵列型的。6 )压电频率转换型(AD650等)电压频率变换型(Voltage-Frequency Converter )通过间接变换方式实现了模拟/数字变换。 其原理为，首先将输入的模拟信号变换为频率，然后由计数器将频率变换为数字量。 这种AD分辨率理论上能够几乎无限地增加，只要采样时间是满足输出频率分辨率要求的累积脉冲数的宽度即可。 其优点为分辨率高、功耗低、价格低，但外部计数电路必须共同完成a/d转换。2. AD转换器的主要技术指标1 )所谓分辨率(Resolution )，是数字容量变化最小量时的模拟信号的变化量，被定义为满刻度与2n的比。 分辨率也称为精度，通常以数字信号的位数表示。2 )转换率是完成从模拟到数字的AD转换所需的时间的倒数。 积分型AD的变换时间在毫秒级为低速AD，逐次比较型AD在微秒级为中速AD，全并联/串联并联型AD达到纳秒级。 采样时间是另一个概念，指两次变换的间隔。 “采样速率”(SampleRate )必须小于或等于转换速率，以确保转换成功。 因此，存在也可容许将变换速率数值地设定为与采样率相同的习惯。 通常的单位是ksps和Msps，意味着每秒进行千/百万次采样。3 )由量化误差AD的有限分辨率产生的误差，即有限分辨率AD的阶梯式转变特性曲线与无限分辨率AD (理想AD )的转变特性曲线(直线)之间的最大偏差。 通常是被表示为1LSB、1/2LSB的一个或半个最小数字量的模拟变化量。4 )偏移误差(Offset Error )输入信号为零时，输出信号不为零的值，可将外接电位器最小化。5 )全标度误差与全标度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。6 )线性度量实际变换器的传递函数和理想直线的最大偏移不包括上述三种误差。其他指标包括绝对精度、相对精度、微分非线性、单调性和无误代码、总谐波失真缩写THD和积分非线性。3. DA转换器的分类DA转换器的内部电路构成没有大的差别，一般按输出是电流还是电压、能否乘以等进行分类。 大多数DA转换器由电阻阵列和n个电流开关(或电压开关)组成。 以数字输入值切换开关，产生与输入成正比的电流(或电压)。 并且，为了改善精度，也有时将恒流源放入设备内部。 一般来说，电流开关的开关误差小，因此大多采用电流开关型电路，电流开关型电路是直接输出所生成的电流时的电流输出型DA转换器，并且电压开关型电路是直接输出电压型DA转换器。1 )电压输出型(TLC5620等)可以从电阻阵列直接输出电压；一般而言，可以使用内置的输出放大器以低阻抗来输出电压输出型DA转换器。 直接输出电压的装置仅用于高阻抗负载，且没有输出放大器部分的延迟，因此通常被用作高速DA转换器。2 )电流输出型(THS5661A等)电流输出型DA转换器不直接利用电流输出，很多外置电流-电压转换电路得到电压输出。 后者是一种仅在输出端子上连接负载电阻来进行电流-电压转换的方法，两种是外置运算放大器。 通过负载电阻进行电流-电压转换的方法在电流输出端子出现电压，但必须在规定的输出电压范围内使用，并且输出阻抗高，因此一般外置运算放大器使用。 此外，大多数CMOS DA转换器在输出电压不为零时无法正常工作，因此需要外接运算放大器。当外置运算放大器进行电流电压转换时，电路结构基本上与内置放大器的电压输出类型相同，由于在DA转换器的电流确立时间内增加了到达运算放大器的延迟，因此响应变慢。 此外，在这样的电路中，运算放大器容易因输出端子的内部电容而振荡，因此有时需要相位补偿。3 )乘法型(AD7533等)DA转换器中，有时使用一定的基准电压，有时在基准电压输入上施加交流信号，后者由于得到数字输入与基准电压输入相乘的结果输出，所以称为乘法型DA转换器。 一般而言，乘法型DA转换器不仅可以用作乘法器，还可以用作以数字方式衰减输入信号的衰减器、以及对输入信号进行调制的调制器。4)1位DA转换器1位DA转换器与上述转换方式完全不同，将数字值转换为脉冲宽度调制或频率调制的输出，由数字滤波器进行平均化而得到一般的电压输出(也称为比特流方式)，用于声音等。4. DA转换器的主要技术指标1 )分辨率是模拟输出量(对应数字量仅最低有效比特为“1”)与最大