A/D转换电路

A/D转换电路（共7篇）

A/D转换电路 篇1

中低频信号的检测一般是将微弱信号经过放大、整流、滤波后变为直流信号,然后通过A/D转换为数字信号,最后输入处理器进行处理。

而在工业生产、检测控制以及医疗设备等具有强干扰的场合,一些现场检测信号特别是中低频信号在传输时会受到严重的干扰。为克服这种干扰,现有的处理方法有:(1)中低频信号由A/D转换器转换后直接进行数字处理。但如有多路信号检测时,A/D转换器和计算机的速度都要求较高,难以达到;(2)中低频信号精密全波整流后,直接进行传输。但在检测小信号时,会受到较大的影响;(3)中低频信号精密全波整流后,将其进行V/F转换,变为频率信号传送。但在变为某一频率信号时,也会受到较大的干扰。本文设计的基于PWM的强抗干扰A/D转换电路不仅可以提高小信号时的抗干扰能力,还可以有效避免某些特定频率对信号的干扰。

1 A/D转换的性能

目前电压的检测方法大多使用A/D芯片,但如果测量系统工作在强磁场等条件比较恶劣的环境中,并采用一般的A/D芯片,则其转换精度和转换时间都会受到限制。另外其参考电压会因供电电源不稳定或外界干扰产生波动,抗干扰性能较差,将影响测量结果。

A/D转换器在将各物理量转换成数字量时,会遇到被测信号小而干扰噪声强的情况,其干扰来自设备预热、温度变化、接触电阻、引线电感、接地及前级电路或电源。进入A/D转换器的干扰,按传导方式可分为:串模干扰和共模干扰。

几种A/D转换方式的适用范围:

(1)并联比较型:适用于转换速度很高的场合,但其抗干扰能力较差且成本最高。

(2)逐次逼近型:适用于对速度要求不高的系统。

(3)双积分型:适用于对直流信号或慢变化信号的转变及对抗干扰能力要求高的场合。但其转换的速度不高,使用范围受到限制。

(4)跟踪比较型:适用于要求信号比较平稳、较少突变、即转换速度低[1]的场合。

A/D转换性能参数一般有转换位数和精度、转换响应时间等,通过对A/D转换芯片和使用PWM调制方法实现A/D转换的比较,可说明采用PWM的A/D转换方法具有如下优点:

(1)A/D转换位数和精度。A/D转换器的转换精度主要包含数据采集系统的静态精度和量化误差。静态精度要考虑输入信号的原始误差传递到输出所产生的误差,它是模拟信号数字化时产生误差的主要部分。量化误差与A/D转换器位数有关,一般把8 bit以下的A/D转换器归为低分辨率A/D转换器,9~12 bit的称为中分辨率转换器,13 bit以上的称为高分辨率转换器。10 bit以下A/D芯片误差较大,而11 bit以上对减小误差并无太大贡献(11 bit A/D转换器的量化精度为0.05%)。而如果使用PWM进行A/D转换,其转换精度只与PWM信号的周期以及微处理器的时钟频率有关。另外使用PWM进行A/D转换时,比较器可以识别的小电压可以达到10μV,而输入电压大都是数伏,由此可见,比较过程中产生的误差极小[2]。

(2)响应时间。A/D转换器的响应时间为毫秒级或者微秒级,只有流水线型A/D转换器才能做到100 ns。而如果使用PWM进行A/D转换,比较器的响应时间为ns级。

(3)产生和传送PWM信号的电路结构简单,使用方便。由于PWM代表信号大小的是脉冲宽度而不是幅度,信号始终保持数字形式(只有高低电平两种形式),所以对加性干扰不明显,极大地提高了信号传输过程中的抗干扰能力;经过PWM调制的信号可直接送入单片机,不用经过A/D转换[3]。

(4)A/D转换器的转换精度与其转换速率是一对基本的矛盾,而使用PWM进行A/D转换则不存在这个问题[4]。

(5)PWM的价格优势是A/D转换器无法比拟的。

2 PWM调制原理

2.1 A/D转换输出PWM信号原理

PWM信号是周期(T)固定、占空比变化的数字信号。系统使用三角波与经处理的输入信号进行比较,得到PWM调制信号,而后差动输出。信号既进行了调制,也通过对占空比的测量进行了A/D转换,因此不但降低了电路的复杂程度,又增强了信号的抗干扰能力。图1即为三角波与整流后的输入信号比较得到的PWM调制信号的原理示意图。

2.2 PWM信号解调输出

将得到的PWM信号输入单片机处理器中进行计数处理,PWM信号可以用单片机的计数脉冲表示,其函数表达式为:

式中:T是单片机中计数脉冲的基本周期,即单片机每隔T时间计数一次(计数器的值增加或者减少1);N是PWM波一个周期的计数脉冲个数;n是PWM波一个周期中高电平的计数脉冲个数;VH和VL分别是PWM波高低电平的电压值;k为第k个周期;t为时间。把式(1展开成傅里叶级数,可得到:

式中:第1个方括弧为直流分量,直流分量与n成线性关系,并随着n从0~N变化,直流分量从VL~VL+VH之间变化,这正是电压输出的DAC所需要的。因此,如果能把式(2)中除直流分量的谐波过滤掉,则可以得到PWM波到电压输出DAC的转换,即PWM波可以通过一个低通滤波器进行解调;第2项为1次谐波分量,其幅度和相角与n有关,频率为1/NT,该频率是设计低通滤波器的依据;第3项为大于1次的高次谐波分量,高次谐波分量的幅值随着n减小。如果能把1次谐波很好地过滤掉,则高次谐波就基本不存在了[5]。

3 电路设计

如图2所示是根据检测对象要求设计的利用PWM进行A/D转换的原理结构框图。

电路系统原理是:将传感器探测的微弱信号正反向输入到差动放大电路中放大,然后进行精密整流与滤波放大,得到能正确反映原始信号的波形,通过与三角波进行比较,合成PWM信号,最后通过差动放大输出给处理器。

整流电路及三角波发生电路相对比较重要。为了更好地分析电路以及确定关键的元件,本文在计算各电路的传递函数时,暂不考虑各调零电阻以及各调增益电阻。

3.1 整流电路

整流电路如图3所示。为使输出波形更好地反映输入,在输入正半周时使uo=ui,负半周时使uo=-ui。

u1为正半周时:

u1为负半周时:

3.2 三角波发生电路

图4为三角波发生电路的原理图,运算放大器N1组成迟滞比较器,N2组成反向积分器,N1、N2组成正反馈回路,形成自激震荡,由N1输出方波,N2输出三角波。迟滞比较器N1具有上行迟滞特性,它的基准电压为0 V。N1输出的方波经电位器VR3分压后加到积分器N2的输入端,经过积分输出形成对称的三角波。

通过调整VR3的值调整三角波的输出频率,可以避开干扰频率,并使PWM达到所需要的转换精度。

4 处理器对PWM信号处理的原理

PWM信号在进行A/D转换时,需要输入到单片机或者其他处理器的输入端。以单片机为例,单片机首先对信号的高电平进行计数,得出高电平所持续的时间,运用中断服务程序,将定时器T1设置为方式1,待高脉冲结束时,执行中断服务程序,读取TH1、TH2的计数值,该计数值就是高电平的脉宽。同理可计算低电平脉宽,最后计算可得脉宽比。图5所示为单片机检测程序流程图。

5 信号处理及误差分析

输入信号进入电路中,会存在各种因素导致最终的输出信号出现误差,最主要的因素是运算放大器的零点漂移效应和处理器对PWM信号处理时由代码产生的误差。下面进行具体分析。

5.1 零点漂移导致的误差

运算放大器可以用来实现比较功能,由于运算放大器的零漂效应,使三角波和输入信号进行比较时会出现误差。如使用LM358芯片作为比较器,放大器最小分辨电压取100μV,输入信号电压取5 V,经过计算可得输出PWM信号出现了0.02%的误差。

5.2 处理器对PWM信号计算所产生的误差

以AVR单片机为例,使用中断方式进行计数,当产生中断时,中断转换的时间使计数产生误差。中断转换时间主要由三部分组成:晶振频率、程序中断的优先级、单片机正在执行的指令。对于外部响应中断,其响应的优先级最高,所以外部中断响应的时间最大为2个机器周期,这个误差只在对PWM信号处理的初始阶段可能发生,在其他情况下,处理器对PWM信号计算所产生的误差由处理器时钟周期和三角波周期决定。使用PWM进行A/D转换的转换精度为时钟周期和三角波周期的比值。若三角波频率(即PWM信号频率)为4.8 k Hz,处理器时钟周期为50 ns,转换精度为1/4 167,则使用此电路进行A/D转换可达到12 bit A/D转换器的精度。如果提高三角波的周期,则A/D转换的精度会变小;反之,精度会提高。

使用AVR单片机和12 bit的ADC进行A/D转换比较,其实验条件:数字信号发生器、数字示波器;PWM信号频率为4.8 k Hz,处理器时钟周期为50 ns,使用PWM进行A/D转换精度为1/4 167。输入不同的模拟信号,分别使用PWM转换电路和ADC进行A/D转换,得到输出模拟信号以及相对误差如表1所示。其中脉宽比和理论值部分都是通过理论计算得到,其相对误差通过实际输出和输入信号的差值除以输入信号得到。

由表1可以看出,在所取的5组数据中,有三组使用PWM进行A/D转换的误差比使用ADC进行A/D转换误差小,其他两组则相反。这是由于输入信号取值不同产生的。

通过实验验证,使用PWM进行A/D转换可以达到使用ADC芯片的效果,而且PWM信号代表信号大小的是脉冲宽度而不是幅度,使信号始终保持在数字形式(只有高低电平两种形式),所以对加性干扰不明显,大大提高了信号传输过程中的抗干扰能力;转换速度快,不需要专用的A/D转换器,可以满足很多高速传输的场合;系统简单,可以灵活调节分辨率,比传统的ADC功耗小,并且成本较低。使用PWM进行A/D转换已经获得实用新型专利,在磁场检测仪器等产品中得到应用。此电路可以应用于各种需要强抗干扰的交流和直流信号传输的场合。

摘要：采用脉宽调制(PWM)电路实现一种新的A/D转换方法,将被测模拟信号经过放大、整流以及滤波处理后,与三角波调制信号进行比较,得到PWM信号,该信号的占空比与被测量信号的大小成正比。这种A/D转换电路简单、抗干扰能力强。通过实验验证,若三角波的频率为4.8 kHz、时钟周期为50 ns,则可达到12 bit的A/D转换精度。

关键词：脉宽调制,A/D转换,强抗干扰,转换精度

参考文献

[1]王秋梅,端木庆铎,孙占龙.16位∑-△ADC模拟部分的研究与设计[D].长春:长春理工大学,2008.

[2]冈村迪夫.OP放大电路设计[M].王玲,徐雅珍,李武平,译.北京:科学出版社,2004.

[3]陈平.基于PWM技术的A/D转换电路的设计[J].微计算机信息,2007,23(10-2):269-271.

[4]王曙光.提高ADC分辨率的电路设计[J].机床与液压,2007,35(7):201-202.

[5]王岚,吴海强,孙卓君.基于PWM滤波数模转换电路设计[J].应用科技,2007,34(10):50-53.

A/D转换电路 篇2

在半导体技术的飞速发展的过程中,在音频信号的处理中已经广泛应用的一项技术就是A/D转换器。数模转换器作为一个接口,在模拟世界和数字世界中已经体现出其越来越不可替代的位置。时域上应用最多的就是A/D转换器,就像在处理音频信号和要求显示器的高分辨率上。这些都推动了高分辨率A/D转换器的发展。再发展中的数字调制技术,此领域也越来越多的应用了A/D转换器。A/D转换器已经成为了这些应用的发送机基带,这就不能使相邻信道的输出信号中产生谐波。要求直流的精度达到要求已经不能满足高速高精度A/D转换器的研究了,更重要的是要在研究中达到动态性能的要求。本论文主要探讨的是研究设计时钟频率、1十四位为100MHz的A/D转换器。为了高位电流源,十四位精度采用后台自校准技术的实现。在正常工作时给电流源就行测量使用的是高位电流源是浮置结构,所以就不用其他的来进行替换,这样一来就能使电路设计的复杂度降低了下来。想要是由制造工艺产生的电流源偏差得到修正和使电流源可以输出恒定的电流,这就要在后台进行矫正。折叠结构是输出级的输出方式,使用折叠结构可以使输出摆幅得到提高,也可以使得输出电流进入负载前通过交叉耦合开关的输出呈现出自归零的形式,这样就使得开关切换在输出波形上的影响减小很多。时钟负载结构是在数字输出部分采用数据无关时使用的方式。这样就能使得开关的数据是否变化,时钟始终输出的都是恒定的负载,进而是动态性能得到提高,使得时钟抖动的发生减小了。

1 模数与数模

A/D转换器就是能把模拟信号转换成数字信号的电路其简称为A/D转换器,D/A转换器则说的是能把数字信号转换成模拟信号的电路其简称为D/A转换器,这两种转换器是在计算机应用中使用的接口电路中必不可少的两种电路。进而出现的转换数模的概念就是连续变化的模拟量被时间和幅值上的离散数字量转化成。而转换模数的概念就是一个桥梁,是一个把DAC事模拟量和数字量和连续变化的模拟量转化为在时间和幅值上离散的数字量ADC的桥梁。在数字控制系统中占了很重要的地位的是数模转换器和模数转换器这两种转换器。抗干扰性更强的数字信号是经过数模转换器由各种模拟信号转换过来的。产生并且储存的控制数字信号都可以直接被数字计算机处理。而控制被控对象的实现主要是通过模数转换器的功能来使得控制数字信号转换成模拟信号。

2 精度的转化

数模转换器的所使用的接口电路的配置和数模转换器所使用的集成芯片的结构决定了数模转换器的转换精度。分辨率的大小指的就是数模转换器的精度,当然这是在不考虑其他数模转换器的误差的情况下来规定的,因此只有选择了有足够分辨率的数模转换器才能保证转换器的精度。数模转换器在使用的过程中,主要影响转换精度的几个原因有增益误差、微分非线性误差、失调误差和非线性误差的等几个因素。

3 模数转换的概念

模数转换也被称为数字—模拟转换,它和数模转换恰恰相反,是把像象原的灰阶、电流和电压等的连续模拟量转换成离散数字量。就像是:在对图像机型扫描以后形成的象原列阵,经过一定的转换后用数字来表示每个象原的灰阶亮度,构成的数字图像就是经过模数转换所得到的。平时最常用的有两种转换方式,一种是电子式的模数转换方式,另一种就是机电式的模数转换方式。这两种方式经常被运用于遥感中对图像的传输,经过转换后以数字的形式来对图像进行处理和贮存。例如:图像的数字化等。对原始数字进行数字近似指的就是信号数字化,它的实现是通过一个模数转换器和一个时钟来运行的。表示原始信号的时候采用N-bit的数字信号代码来量化指的就是数字近似的过程,以bit位为单位的量化,可以精细到1/2^N。模数转换器的变换速率和信号波形的采样速度是由时钟信号来决定的。不可能同时达到两种要求—高达1GHZ的采样频率和24bit的转换精度。一般来说,装置运行速度的快慢是由数字的位数来决定的。

4总结

把输入的所有的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号进行输出,这是模数转换器的主要功能。二进制权电阻网络模数转换器和T型电阻网络模数转换器是根据不同的基本工作原理来划分的两大类模数转换器。最合适运用于集成工艺的是T型电阻网络模数转换器,因为这种转换器仅仅要求两种阻值的电阻就可以了,也正是由于这个原因这种电路结构被普遍地运用于集成模数转换器。和模数转换器的功能恰恰相反,把输入的模拟信号转换成与其对应的二进制再进行输出,这是数模转换器的功能。由于数模转换器的功能特点和其种类有关,因此,以下介绍几种不同数模转换器的特点。第一种是并联比较型数模转换器,它的特点是转换速度很快,但是由于其本身的特点会用到很多的比较器和触发器,一旦提高了分辨率,相应的需要的元件的数量就要成倍成倍的增加。第二种是双积分型数模转换器,它的性能会比较稳定,转换的精度也比较高,有着较简单的电路结构,抗干扰的能力也是非常强的。但是这种转换器有较低的工作速度,这就不能应付要求转换速度快而且转换精度高的工作。第三种是逐次逼近型数模转换器,它的设计综合了以上两种的优点,排除了自身的一些缺点,其具有较快的转换速度,较低的误差和较高的分辨率,这些都让其得到了广泛普遍的应用。在这个数字技术飞速发展,计算机技术广泛普及的社会中,数字计算机技术广泛的被应用于现代控制、检测和通信等领域,这样就能大大的使得系统的性能指标得到提高。模数和数模转换器给模拟信号和数字信号之间搭建起了一座桥梁,使得计算机可以先把作为模拟量的一些实际对象通过数模转换器把模拟信号转换成数字信号进行输入,然后经过计算机的处理以后再通过模数转换器,将处理好的数字信号转换成模拟信号进行输出。

参考文献

[1]李瑜祥.新型集成数模模数转换器[J].电子技术,1985,12(04).

[2]彭灿明,曾德胜,潘日明.模数及数模转换中的精度问题分析[J].电脑知识与技术,2010,06(15).

[3]蒋建飞.集成D/A转换器的误差分析[J].电子技术,1983(12).

[4]康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1999.

A/D转换电路 篇3

1 电路设计

1. 1 设计原理

当输入的信号经放大电路放大后,若信号为正,则二极管1 截止,信号无损失地从AD0 口输入,同时正的信号经反相器反相后变成负的信号,二极管2 导通, 所以AD1 口接收到的信号为二极管2 的正向导通压降的负值,只要这个负值电压的幅度小于A/D口输入的允许值,则由此口采集的A/D值就为0,因此在这种情况下的A/D值就是AD0 口的值;

反之,当输入的信号为负值时,二极管1 导通, AD0 口接收的数据为0,而经反相器反相后的信号为正,二极管2 截止,AD1 口接收数据。

若AD = AD0 - AD1,当信号为正时,AD = AD0 - 0,为正; 当信号为负时,AD = 0 - AD1,为负。此时,AD可接收的数据由原来的0 ~5 V扩展为-5 ~ +5 V。

1. 2 二极管的选择

若从线性度考虑,应该选择正向压降高的二极管, 例如1N4007。但1N4007 的正向压降约为0. 7 V,当二极管导通时,对应的A/D口所接收到的信号为-0. 7 V, 这会烧毁单片机,所以从安全性考虑应该选择压降较低的二极管进行实验。PMEG2010 的压降约为0. 1 V, 1N60 的压降约为0. 2 ~ 0. 3 V,均能保护好单片机不被烧坏。在安全性的前提下,分别测量数据分析二极管的线性度。

2 实验与结论

2. 1 PMEG2010

文中以某种信号为输入信号,测量输出信号和输入信号是否成线性关系［3 －4］。

表1 是二极管为PMEG2010 是测得的数据,将数据拟合后可得到二极管为PMEG2010 时所得曲线,如图2 所示。

由图2 所示,在零点附近输入与输出之间呈明显的非线性关系。原因是PMEG2010 的反相漏电流过大,且漏电流大小与输入信号的大小之间也呈非线性关系,所以测得的数据与输入值之间呈非线性。

2. 2 1N60

当把PMEG2010 换成1N60 后,再次测得一组数据,并分析其线性相关性［5 －6］。

将上述所测得数据拟合后得到图3 所示。

图3 是拟合后的曲线,由图可看出输入值和输出值之间呈较好的线性关系,拟合曲线的方程为y = 0. 049 421 335 942 257 8 + 2. 261 803 178 235 24 × x, 相关系数为R =0. 999 72,可满足一般的测量需要。

3 结束语

经过实验数据验证以及参考相关资料文献,可得出以下结论: ( 1) 本电路设计能有效地解决单片机接收单极信号和双极信号的关系,使得单片机可接收并处理双极信号。( 2) 通过对称电路的设计,使得A/D可接收的信号由原来的0 ~5 V变为-5 ~ +5 V,有效地扩大了A/D的量程。( 3) 当二极管选用得合适,能够保证数据的线性关系。( 4) 设计使用单片机内置的A / D模块,节省了A / D芯片的使用,使得设计成本降低。

摘要：实现A/D转换通常需要使用A/D转换芯片,而单片机内置的A/D模块只能接收单极模拟信号。文中介绍了一种使Freescale单片机A/D转换模块能够接收双极型模拟信号的电路设计,文中电路采用对称设计,扩大了A/D转换的量程,提高了A/D转换的分辨率。

A/D转换电路 篇4

在地质钻探过程中,需要实时监测钻头的运行路径和地层的地质信息。获取这些信息的途径有很多种,其中随钻测量是一项重要的方法。随钻测量系统一般分为井上和井下两部分,井下部分完成数据测量,并通过泥浆或电磁波把信息发送到井上的接收部分,井上设备对接收的信息进行解码,获得各个参数的实测值。井上设备测量的信号弱,背景噪声大,而且频率低。

本文介绍采用Δ-Σ型24位高精度A/D转换器件ADS1211对随钻信号测量的电路设计,并在DSP(数字信号处理器)内部实现小波去噪的算法,完成信号的现场处理。

1 ADS1211简介

ADS1211 是具有高精度宽动态范围的A/D转换芯片,其内部由可编程增益放大器、二阶∑-Δ调制器、调制控制单元、可编程数字滤波器和微处理器组成。主要功能特点是:

a) 具有24位无误码率,它的线性误差小于0.001 5%,即实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移小于0.001 5%;

b) 在10 Hz时,可获得23位有效分辨率,在1 000 Hz时,可达到20位有效分辨率;

c) 采用4通道差动输入;

d) 内含可编程增益放大器,放大倍数可在1、2、4、8、16中选取;

e) 带有内部/外部基准源。

为了提高系统的动态特性,ADS1211采用了一种独特的电容切换结构来提高输入电容的采样速度,从而可以使系统工作在加速模式(Turbo Mode)下。通常情况下,在系统时钟为10 MHz时对应的采样速度为19.5 kHz。利用加速模式可将调制器的采样速度以2、4、8、16倍的速度增加,将采样速度提高到39 kHz、78 kHz、156 kHz或312 kHz。随着采样速度(频率)的增加,在转换速度不变的情况下,A/D转换器的有效分辨率会相应地增加。采样速度的每一次提升,在转换速度不变的情况下都会使系统的动态性能大大提高。有关加速因子FA、转换速度和有效分辨率三者之间的关系见表1。

注:程控增益放大器的增益G=1;芯片的时钟输入频率 fxin=10 MHz。

ADS1211的程控增益放大器的增益G设置为1、2、4、8或16。从本质上讲,它增加了系统的动态范围,简化了与传感器的接口。G是通过输入电容改变采样次数来实现的。ADS1211的采样频率fs不仅取决于芯片的时钟输入频率fxin,而且与G值以及加速因子FA的值有关,其关系式为:

$f{}_{\text{s}}=\frac{f{}_{\text{x}\text{i}\text{n}}F{}_{\text{A}}G}{{\rm K}{}_1}$

式中:K1=512。

2 小波去噪原理

利用小波变换滤除噪声的方法很多,而小波阈值去噪法应用非常广泛。小波阈值去噪法是一种在最小均方误差意义下近似最优的非线性去噪方法,具有实现简单、计算量小的特点。对于任意含噪声的信号,经过多次小波变换后,信号的能量集中在幅值大,但数量较少的一些小波系数中,而噪声的能量却分布于整个小波域内,噪声的小波系数要小于信号的小波系数。如果寻找到一个合适的阈值,大于该值的小波系数认为由信号控制,而小于阈值的小波系数则由噪声控制,去除对应小波系数即可达到去噪的目的。

2.1 阈值的选取

阈值的选取是否得当是小波阈值去噪的关键步骤,如果阈值太小,经过阈值处理后的小波系数包含过多的噪声分量,达不到去噪的目的;如果阈值太大,则信号中的有用成分损失多,造成合成信号失真。确定阈值的常用方法有以下几种[1,2]。

1)固定阈值

阈值λ按下式确定:

$\lambda =\sigma \sqrt{2\ln {\rm N}}$

式中:N为信号长度;σ为高斯噪声级数,即标准差,可以由下式估计得到:

$\sigma =\frac{\text{m}\text{e}\text{d}\text{i}\text{a}\text{n}|\det 1|}{0.6745}$

det1表示小波变换中最精细层的小波系数;median为求中值操作。

2)Stein无偏似然估计阈值

这是基于Stein的无偏似然估计求出的SURE(Stein无偏风险估计)阈值。假设待处理信号x(n),对每一个元素取绝对值,再由小到大排序,然后将各个元素取平方,从而得到新的信号序列:

$s{}_x(k)=(\text{s}\text{o}\text{r}\text{t}(|x|)){}^{2}k=0,1,\cdots ‚{\rm N}-1$

若取阈值为sx(k)的第k个元素的平方根,即

$\lambda {}_k=\sqrt{s{}_x(k)}k=0,1,\cdots ,{\rm N}-1$

则该阈值产生的风险为:

$R(k)=\frac{{\rm N}-2k+{\displaystyle \sum _{j=1}^{k}s}{}_x(j)+({\rm N}-k)s{}_x({\rm N}-k)}{{\rm N}}$

记最小风险点所对应的值为kmin,则阈值可以通过以下公式获得:

$\lambda =\sigma \sqrt{s{}_x(k{}_{\min })}$

3)启发式阈值

它是前两种阈值的综合,所选择的是最优预测变量阈值。当信号x(n)信噪比很小,而Stein无偏似然估计有很大误差时,采取固定阈值法。令

$\begin{array}{l}\mu =\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}|}x{}_i|{}^2-{\rm N}}{{\rm N}}\\ \nu =\sqrt{\frac{1}{{\rm N}}\frac{\ln {\rm N}}{\ln 2}}\end{array}$

如果μ<ν,则选用固定阈值法;否则,选择Stein无偏似然估计法。

以上是常用的阈值选取方法,其他方法,例如极大极小值法、Penalized法和置信区间阈值法等,不再赘述。

2.2 小波系数的确定

阈值确定后,小波系数如何根据阈值调整与选定的阈值函数有关。

1)硬阈值法

当小波系数的绝对值小于给定阈值时,令其为0;而大于阈值时,保持不变。用公式表示为:

$\overline{\omega }=\{\begin{array}{l}\omega |\omega |\ge \lambda \\ 0|\omega |<\lambda \end{array}$

式中:ω为小波系数;$\overline{\omega }$为施加阈值后的小波系数;λ为阈值。

2)软阈值法

当小波系数的绝对值小于给定阈值时,令其为0;大于阈值时,则减去阈值,即

$\overline{\omega }=\{\begin{array}{l}\text{s}\text{i}\text{g}\text{n}(\omega )(|\omega |-\lambda )|\omega |\ge \lambda \\ 0|\omega |<\lambda \end{array}$

3 小波去噪电路的实现

TMS320F2812是32位定点DSP芯片,它既有数字信号处理能力,又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能,特别适用于有批量数据处理的测控系统,如工业自动化控制、电力电子技术应用、智能化仪器仪表及电机、马达伺服控制系统等[2]。

整个去噪电路以TMS320F2812为控制核心,包括电源电路、处理结果输出的SCI接口电路、A/D转换控制和为调试方便扩展的SDRAM单元等部分。从ADS1211的硬件特性可以知道,ADS1211是SPI接口,而TMS320F2812片内集成有SPI通信模块,因此,ADS1211与TMS320F2812之间的通信可以通过SPI通信接口进行。但另一方面,要注意到ADS1211的工作电压为5 V,而TMS320F2812的I/O口电压为3.3 V,二者电压不匹配,不能直接通信,而需要进行电平转换。本系统设计时采用的电平转换芯片是TI公司的74CBT3384C。

ADS1211的控制电路如图1所示。

4 软件设计及测试结果

DSP内部的软件设计包括以下两个内容:

a)TMS320F2812的初始化。主要是寄存器状态设定、复用I/O引脚的功能设定和写ADS1211转换的控制字。

b)小波去噪算法的实现。关键是小波函数的选择和阈值的确定。小波函数的比较可以在MATLAB软件下比较其特性,然后把小波分解系数以系数表的形式写入程序。在DSP中运行的程序代码主要是从系数表中读取各层的小波系数进行运算。

在编程过程中,注意相连器件之间的时序关系,以ADS1211初始化为例。

在小波去噪程序中,选择db7小波函数,分解层数为6层,阈值的选取采用固定阈值法,小波系数的确定采用软阈值方法。

处理结果如图2所示。

从波形对比来看,除局部较小的毛刺信号外,基本实现了去噪的目的。

5 结束语

本文介绍了高精度A/D转换芯片ADS1211的用法,实现了与TMS320F2812的电路设计。ADS1211参考电源支持片内或片外两种方式,在初始化时需要根据实际电路的状态设定,否则会产生较大误差。最后通过波形对比,证实了小波去噪的效果。

参考文献

[1]孙延奎.小波分析及其应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]飞思科技.小波分析理论与MATLAB7实现[M].北京:电子工业出版社,2005.

双积分A/D转换技术 篇5

关键词：双积分A/D转换器,单片机,定时器

0 引言

双积分是一种常用的A/D转换技术,具有转换精度高,抗串模干扰能力强等优点,适于作为低速A/D转换器。而市场上专用的A/D转换高精度芯片价格较高,也增加了产品或系统设计成本。介绍一种以PIC单片机为例(或其它带有捕捉比较功能的单片机),利用其内部16位捕捉功能,通过软件配合构成的双极性、高精度、低成本A/D转换器,同时也简述了其应用技巧。

1 双积分A/D转换的工作原理

双积分A/D转换器由模拟开关、积分器、比较器、时钟脉冲及控制电路等组成。转换过程需要进行两次积分。

第一次采样阶段积分:对输入模拟信号Usr(设为正值)进行定时积分,积分电容充电时间为T1=N1×Tc。Tc为计数脉冲,计数值为N1。

第二次测量阶段积分:对基准参考电压Uref(设为负值)进行定值积分,积分电容放电时间为T2a=N2a×Tc、计数值为N2a。积分结果满足:

式(2)中Ka定义为转换系数,它与N2a、N1的比值有关,当Uref等于最大的输入电压Usrmax时,在Usr的量程范围内Ka=0~1。

2 51单片机和通用分立器件构成的双积分A/D转换器

51系列单片机具有两个以上16位双通道定时器(TIME0和TIME1),每个通道可选择为输入捕获方式来测量脉宽。我们用片内16位的定时器外接运放、比较器实现双积分A/D转换。原理图如图1所示(电源和5

1单片机外围电路同常规电路),TL082是JFETINPUT运放;LM358作为比较器;MC4066是多路开关。51单片机P1口的P10、P11、P12作为输出,控制MC4066多路开关的输入选择;INT0作为中断输入口,捕捉LM358比较器的输出电平跳变。C1为积分电容,常取0.22μF左右的聚丙烯电容,R2为积分电阻,可取500k左右,U2A为积分运放,U2A、C1、R2构成了积分器,U2B是过零检测运放。VIN为输入电压,VREF为基准电压,AGND为转换器的参考零点。VREF和参考零点以R9、R10、R11分压产生。

测量前,TK3=1、TK2=0、TK1=0,打开U1C、U1D模拟开关,使积分器输入等于AGND,进入调零阶段,第一次启动转换的时间为300ms;启动以后调零时间为40ms。开始转换时,TK3=0、TK2=0、TK1=1,积分器输入接至输入电压,使VIN通过积分电阻R2向C1充电,设积分时间为T。然后,将TK3=0、TK2=1、TK1=0,即积分器输入接至基准电压VREF,电容C1开始通过R2向VREF逆向放电。当运放的输出低于C2电容电压时,比较器输出反转。然后,TK3=1、TK2=0、TK1=0,打开U1C、U1D模拟开关,又进入调零阶段。设逆向充电的时间为t,则有

上式中VIN是被测电压,T是正向积分时间,t是反向积分时间,VREF是基准参考电压,AGND是转换器的参考零点。积分器输出波形如图2所示。

3 结束语

积分式A/D转换器由于转换精度高,而且转换过程是对输入电压的平均值进行变换,所以具有很强的抗工频干扰能力。

参考文献

[1]姚竞红.电路分析课程的教学改革与实践.浙江万里学院学报,2007,(3):146-147.

[2]梁贵书.电路理论全方位教学改革与实践[J].北京:中国电力教育,2007,(1).

[3]于荣贤等.浅议《电工与电子基础》精品课程建设[J].中国高职高专教育,2006,(7).

A/D转换电路 篇6

1.1 A/D (D/A) 转换器的概念

A/D (D/A) 转换器是用于实现模拟量与数字量之间相互转化的终端, A/D转换器也被称作ADC, 是用来将模拟量转化为数字量的器件, D/A转换器也被称作DAC, 是用来将数字量转化为模拟量的器件。

1.2 A/D (D/A) 转换器的技术指标

它的几个重要技术指标分别有分辨率、建立时间和精度这三点。接下来我们就对这些指标依次进行介绍。

(1) A/D (D/A) 转换器的分辨率。

就DAC来说, 分辨率一般是指输入到DAC中的单位数字量的变化而引起的模拟量输出的变化, 它是输出的满刻度值与2n的比值, 二进制位数越多, 其分辨率就越高。通常情况下, 我们是依据对DAC的分辨率的需要, 依据一定的计算方法来选定其DAC的位数的。这就是说, 当满量程为电压20V时, 其分辨率则应为20V/2n, 如果这个DAC为6位的转换器, 那么其分辨率就是20V/26=0.313V=3.13mV, 分辨率就占满量程的3.13%, 用1LSB来表示, 且有6位的D/A, 1LSB=3.13mV=3.13%满量程。[1]

(2) A/D (D/A) 转换器的建立时间。

建立时间是用来描述DAC转换速度的参数, 它是指由输入数字量开始直到输出量能够达到终值误差最低有效位时所消耗的时间。一般情况下, 电流输出时间越短, 建立时间就越长, 实践可知一些快速的DAC, 其建立时间可低于1μs。

(3) A/D (D/A) 转换器的精度。

精度在理想状态是, 其数值是与分辨率基本一致的, 其精度的高低随位数的增加而增加。但由于电源电压、参考电压和电阻等元器件均存在着误差, 这就导致其值与分辨率会略有变化。一般情况下, 位数相同, 则分辨率相同, 然需对于不同的转换器个体, 其精度会有所差别。即相同位数的DAC其精度可能不同。

1.3 A/D (D/A) 转换器的分类

A/D转换器可分为逐次逼近型、快闪型和流水线型等。其转换速度主要由算法、DAC建立时间、比较器端数据输出时间和逻辑电路的工作时间共同影响。接下来, 我们就依次对这几种转换器的作以简述。

(1) 逐次逼近型A/D转换器。

逐次逼近型A/D转换器是一种精度在9～16Bit的模数转换器。它功率的损耗是随着采样速率的改变而改变的, 这使其可以适用于非连续数据采集的电路中或要求低功耗的电路之中。逐次逼近型A/D转换器是通过将输入的模拟信号进行采样, 并将采用的值经比较器与多个经过数模转换器的参考电压分别进行比较, 使得转换得到的数字量在数值上与模拟量逐次逼近, 以得到所要求的数据值。

(2) 快闪型A/D转换器。

快闪型A/D转换器有着传输速度快的优点, 其最快可以达到G赫兹量级, 但随之而来的问题是要加大电路之中比较器的数量, 但在电路中比较器的数量能常是在一定数量范围内的, 因此其比较器的数量要小于所需要的数量, 这就无形间减小了其精度。除此之外, 它还有着成本较高、功耗较大的缺点。

(3) 流水线型A/D转换器。

流水线型A/D转换器是模数转换器转换方案中, 比较好的方案之一, 它综合性能较好, 在达到一定速度的前提下, 还可以保证一定的精度。

2 A/D (D/A) 转换器的应用设计

A/D转换器的设计方案与D/A转换器的设计方案略有不同, 接下来我们以D/A转换器的设计结构和非线性优化设计为例对其设计做以简要叙述。

2.1 D/A转换器的设计结构

通常情况下, D/A转换器的INL和DNL主要是由其内部的非线性度来决定的, 所以要想实现其高精度设计, 就必须从此入手进行分析。DAC的精度的提高, 会导致其面积以2次幂的速度增加, 其最高与最低位的比值也会变得很大, 从面导致其匹配度下降, 对其非线性规律产生影响。所以为了得到较好的精度与匹配度, 我们常使用5位电荷分布的DAC与5位电压分布的DAC级联以构成DAC转换器。

电荷分布的DAC可以通过利用电容来实现其电荷的分布, 在其模块阵列中, 我们会以每一个子电容作为一个单位电容, 进行其2n排列组合, 以构成二进制权重因子, 实现模拟信号向数字信号的转换。而电荷分布的DAC则是由一组电阻加解码器来组成, 以配合电荷分布的DAC对模拟信号的转换。对这两种DAC的级联的总DAC[2], 其输出公式如下:

VOUT=[b12-1+b22-2+…+bn2-n]VREF

2.2 D/A转换器的非线性优化设计

一般情况下, 5位有效的电容子DAC的非线性度是决定整个DAC非线性度的主要因素, 同时它还会对ADC的非线性度产生一定的影响。由于现实的制造工艺使得电容板使用的多晶硅层的厚度及介电常数存在着一定的梯度误差, 这使得其理论数值与实际数值存在着较大的差异, 其误差积累会造成INL的强烈变化。

为此, 我们可以使用版图对称设计, 以此来对其进行一定的控制来减小其随机误差。然而工艺中的随机误差通常是通过增加电容面各来加以控制的, 这就导致在进行非线性控制的同时, 其芯片面积会随之增加。为了解决这个问题, 我们可以通过分析误差分布图, 用一定的方法使每个电容的导通次序可以与梯度误差的积累相互抵消这会大大提高D/A转换器的非线性度。

3结语

通过以上对A/D (D/A) 转换器的相关理论与应用设计的简要介绍, 使我们对模拟信号与数字信号的转换有了一定的了解, 希望可以为初学者们提供一定的参考方向。

参考文献

[1]曹先国, 洪志良, 唐璞山.《一种分辨率为9位的高速CMOS比较器[J]》.复旦学报.1999.

A/D转换技术的应用与发展 篇7

A/D转换是指将模拟输入信号转换成N位二进制数字输出信号的过程.现代数字通信技术迅猛发展, 半导体工艺日益精密, 数字化浪潮推进了A/D转换器不断革新, A/D转换技术在变得越来越复杂的同时, 也正朝着高速度、高精度和低功耗的方向迈进.数字信号处理技术长期以来一直被广泛应用于卫星、测控系统、图像和音频等领域, 其对高速高精度的CMOS工艺的模数转换器的需求日益迫切.通过对各种A/D转换电路的工作原理、电路结构和性能特点等进行了对比分析, 总结了各种电路的应用领域和A/D技术的发展趋势.

1 主要A/D转换技术

A/D转换技术是现实各种模拟信号通向数字世界的桥梁, 为了满足不同应用的需求, 各家芯片公司开发了不同的A/D转换技术, 主要有以下几种:

1.1 积分型A/D

积分型A/D转换技术包括单积分和双积分2种转换方式.

转换原理:单积分A/D转换首先将需要转换的电信号变成一段时间间隔, 然后对时间间隔进行记数, 间接地把模拟量转换成数字量.双积分型转换器结构如图1所示[1], 通过2次积分把输入的模拟电压转换为与平均值成正比关系的时间间隔, 同时利用计数器计数, 从而实现A/D转换.

特点及应用:积分型A/D具有功耗低、成本低、分辨率高 (可达22位) 的优点, 因为其输入端采用了积分器, 对高频噪声和固定的低频干扰 (如50 Hz或60 Hz) 的抑制能力很强, 所以主要应用在嘈杂的工业环境中.但由于其转换速度太慢, 转换精度随转换速率的增加而降低, 转换速率在2位时为100～300 SPS, 对应的转换精度为12位, 因此主要应用于低速高精度的转换领域.

1.2 逐次逼近型ADC

逐次逼近型A/D转换器是由比较器、D/A 转换器、比较寄存器SAR、时钟发生器以及逻辑控制电路组成, 其结构如图2所示[1].

转换原理:逐次逼近型将模拟信号与不同的参考电压进行多次比较, 使转换后的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量的对应值, 一个时钟周期内只完成一位转换.

应用:逐渐逼近型原理简单, 便于实现;功耗低;由于其转换速度较高, 可以达到1 MSPS, 不存在延迟问题, 所以应用于中速率的场合;此外它在低于l2位分辨率的情况下, 电路实现上较其他转换方式成本低, 所以实际中广泛使用.但是, 这种AD转换方式的分辨率和采样速率相互矛盾, 分辨率高时采样速率较低, 因此要提高分辨率, 采样速率就会受到限制;此外这种转换方式需要D/A转换电路, 而高精度的D/A转换电路需要较高的电阻或电容匹配网络, 所以在高精度D/A转换领域的应用受到很大限制.

1.3 并行ADC

并行A/D转换器也称为Flash ADC, 是目前速度最快的一种结构.并行转换是一种直接的A/D转换方式, 主要由电阻分压网络、比较器、编码器等组成.一个N位的并行ADC包含2N-1个比较器和2N-1个参考电压值.结构如图3所示[1].

转换原理:每个比较器对输入信号采样并把输入信号与参考电压相比较, 然后每一个比较器产生一位输出, 表明输入信号与参考电压的大小关系.当输入信号高于比较器反向输入端电压时, 比较器会输出高电平1, 反之输出低电平0.该码编码后即可得到对应的数字量.

应用:该转换的主要优点是并行, 所以速率特别快, 目前4位转换精度的转换速率可达10 GSPS以上.但是由于管芯尺寸比较大, 与一般的流水线结构相比, 输入电容和功率损耗分别要高出6倍和2倍, 功耗大、成本高;而且分辨率提高时, 元件数目按照几何级数猛增, 位数越多, 电路越复杂, 越难集成, 还会产生静态误差、闪烁码温度计气泡等不利现象, 因此只适用于速度要求特别高的领域, 如视频A/D转换器等.

1.4 流水线ADC (子区式)

流水线型转换方式是Flash ADC改进的一种转换方式, 如MAX1200.它在一定程度上具有并行转换高速的特点, 又具有逐次逼近型结构简单的特点, 很好地解决了制造困难的问题, 是更为高效和强大的转换方式.一般流水线结构如图4和图5所示[1].

转换原理:流水线型ADC电路由许多级组成, 每一级是由低分辨的A/D转换电路和高分辨率的D/A转换电路、采样保持器及增益为2n的放大电路组成.每一级转换后的数字量都存入位于下方的锁存器中, 待转换结束后经数字错误校正和锁存后送往数据总线输出.

应用:流水线A/D由于对信号进行分级串行处理, 所以它在具有较高转换精度的同时, 能保持较高的转换速率, 一般转换精度在12～16 bits, 转换速率在1～100 Msps, 转换时间一般小于100 ns;而且这种转换方式与其他转换方式相比价格更低, 所需设计时间更少, 难度更小, 功耗低;优化的错误校正环节;克服了并行ADC的缺点, 很少有比较器进入亚稳态, 从根本上消除闪烁码温度计气泡, 减少转换器的误差;因此流水线在很大程度上实现了转换速度、转换精度和分辨率的折衷, 综合了并行转换和逐次逼近转换的优点, 在这3个指标要求相当的场合得到广泛应用.但是流水线也存在一些问题, 如时钟频率不能太大;易于受时钟占空比的影响;存在数据等待时间等问题, 对速率有一定影响;对印制电路板的布线比较敏感, 易于受电路布局的影响, 因此它在一些同步性要求较高及工艺要求较高的场合使用时受到了很大的限制.

1.5 折叠插值ADC

折叠插值转换方式通过预处理电路, 同时得到高位和低位数据, 克服了流水线型分步转换所带来的速度下降, 同时元件的数目大大减少, 其结构图如图6所示[3].一个8位的折叠型转换方式的信号处理示意如图7所示[4].

转换原理:折叠插值型转换方式把输入较大的信号映射到较小的区域内, 并将其转换成数字信号, 这个数据为数字量的低位数据.再找出输入信号被映射的区间, 该区间也以数字量表示, 这个数据为数字量的高位数据.高位和低位数据经过处理, 得到最后的数字信号 .

应用:折叠插值方式中由于数据2次量化同时进行, 类似并行转换, 所以转换速度很快, 一般在250 ksps～50 Msps之间;而且电路规模及功耗比较小, 成本比较低;因此它在高速场合得到广泛应用.但是折叠处理限制了输入信号带宽, 由于其对晶体管跨导和匹配有较高要求, 使得它不利于CMOS实现;折叠插值方式信号频率过高时, 有“气泡”现象产生, 需要额外处理电路;转换精度较低, 一般只用于8位以下的转换器中, 超过8位时, 如要保持较少的比较器数目, 折叠插值变得十分麻烦, 所以这些缺点大大限制了折叠插值方式的CMOS实现和转换精度的提高, 在对功耗和转换精度需求较高的场合较少使用.

1.6 过采样 ∑—△ADC

过采样∑—△ADC由∑—△ADC调制器和数字滤波器构成 (如图8所示[2]) , 调制器是核心部分, 其结构近似于积分型A/D转换器, 由积分器、比较器、1位D/A转换器等组成, 主要提供增量编码即∑—△ADC码;数字抽样滤波器完成对∑—△ADC码的抽样滤波.

转换原理:∑—△ADC 调制器以极高的频率对输入模拟信号进行采样, 并对2个采样的差值以极低的分辨率 (1位) 进行量化, 得到用低位数码表示的数字信号即∑—△ADC码, 这种∑—△ADC码接着送到数字滤波器进行滤波, 经过滤波处理后, 采样率被大大降低, 可得到高分辨率的数字信号.

应用:硬件方面, 该转换方式采用了极低位量化器, 巧妙避免了高位转换器和高精度电阻网络的制造困难;由于Σ—△ADC 码码位低, 使得采样与量化编码可以同时完成, 不再需要采样保持电路, 系统的结构大为简化;与DSP技术兼容, 便于实现系统集成;大部分是数字电路, 对电路匹配要求较低, 易于CMOS实现;在技术指标方面, 该转换方式的转换精度很高, 可达到24位以上;转换速率高、分辨率高;而且价格低廉, 所以过采样方式在目前A/D转换方式中性价比较高, 在很多对精度、分辨率、速度要求比较高的集成电路中得到广泛应用.过采样的缺点在于转换器采样率较低, 不适合处理高频信号;在转换速率相同的条件下, 比积分型和逐次逼近型功耗高;当高速转换时, 还需要高阶调制器, 高速∑—△ADC的价格较高; 所以它一般应用于低频中速的场合.

2 发展趋势

综合国内外现有A/D转换技术资料可看出, A/D转换电路的主要发展趋势是向分辨率越来越高、转换速率越来越高、精度越来越高、功耗越来越低、电压越来越低、趋于单片化和CMOS化、结构越来越简单的方向发展.

2.1 性能高——高分辨率、高速率、高精度

如今速度最快的并行转换方式ADC的采样速度可达10 GSPS, 而2级流水型ADC的产品转换速度也达到了12位/4 MSPS.在速率得到极大提高的同时, 分辨率也有了很大改善, 通过采用过采样∑—△ADC模数转换技术、流水线型转换技术以及折叠插值型转换技术, 极大地提高了转换器的分辨率.现在过采样的∑—△ADC转换方式及精度已经达到了28位以上, 这主要是由于采用新型电路结构方案, 如Σ—△调制技术, 在同样的工艺条件下, 使单片ADC达到更高的分辨率.此外, 还有很多方式可以同时实现分辨率、速率、精度的提高, 比如将2个或多个较低分辨率的闪电型ADC组合起来, 形成流水线ADC, 这种类型的转换器既具有高的分辨率, 又有很高的转换速率;通过采用激光修正技术、自校正技术和统计匹配技术, 使数据转换电路的分辨率和精度得到进一步的提高.从目前来看, 新的技术不断涌现, 综合优化型的A/D转换技术将实现分辨率、速度、精度的同步改善.

2.2 功耗低——低功耗、低电压

当前CMOS工艺的发展为电压和功耗的降低提供了可能性, 通过在电路设计中采用CMOS、BiCMOS工艺, 低工作电压 (3 V/5 V) 及电源休眠工作方式等措施, 可以大大降低转换技术中的功耗损耗, 实现毫瓦级低功耗甚至超低功耗, 同时还可保证转换器电路获得高分辨率、高精度和高转换速率, 很好地解决现有的精度、速度和功耗之间的矛盾, 同时, 集成简化的芯片能实现面积和容积的最小化, 适应现代社会便携化的需求, 生产出性能最好、使用更方便的仪器.

2.3 结构简单——单片化、CMOS化

在器件结构方面, 当前半导体工艺水平不断提高, LSI、VLSI工艺逐渐成熟, 以前采用模块、混合电路生产的高性能转换电路逐渐被单片产品所代替, 芯片的集成度大大提高, 有效地降低了芯片的成本和功耗, 减小了芯片体积, 方便使用和携带, 同时提高了性能可靠性.使用越来越成熟的VLSI技术及Σ—△调制技术, 能够使数字信号处理器及其他标准数字器件与高分辨率ADC、DAC集成于同一块芯片上, 构成更高级的混合信号处理器, 既增强了芯片功能, 使其实现多种转换和处理, 同时也在很大程度上简化了外围电路, 更加方便使用和加工.最近, 人们开始尝试尽可能地将转换器和部分混合信号功能从昂贵、复杂的专业型工艺转入主流的CMOS型工艺, 采用同一种工艺技术来制作模拟和数字电路, 设计集成度更高的电路.从目前来看, 更多新颖的数据转换电路不断出现, 其功能将越来越强, 性能愈加优良, 从而使系统设计工程师的工作变得更加简单, 使用者操作和携带也更加方便.

通过采用单片机和CMOS技术, 首先很大程度地减少了制作难度较大、特性匹配要求较高的部件数量, 如高速比较器、宽带运放、精密电阻等, 使得制作加工过程变得简单方便;此外极大地减少了模拟部件, 尽可能多地采用成熟的数字电路模块 (如∑一△ADC结构) , 使得CMOS化更加容易, 从而尽可能大地提升器件性能.

3 结 论

不同技术相互渗透, 扬长避短, 开发出适合各种应用场合, 能满足不同需求的A/D转换器, 将是模拟/数字转换技术的未来发展趋势;高性能、低功耗、结构简单的新型A/D转换器将是今后数据转换器发展的重点.

摘要：首先分别介绍了当前六大模数转换技术的工作原理、电路结构、性能特点及应用领域, 通过从转换速率、转换精度、分辨率、功耗、价格、面积等指标进行分析, 将物理结构的设计与实际性能结合比较, 总结出各自适合的应用领域.然后, 根据对现有模数转换技术特点的分析及实际应用中对模数转换器性能的要求, 对当前A/D转换技术向着高性能、低功耗、结构简单方向发展的趋势进行了预测.