ADC - 图文

下面对我所用过的几种A/D转换器的情况做一下简单的介绍。 看图：

这是国半公司的8位逐次逼近式A/D转换器，有两个输入通道（CH0和CH1），串口输出，通过编程实现AD转换和通道选择。应该说这个电路不很优秀，有很多问题，驱动程序也是我编制的最为丑陋的程序之一。但人是有惰性的，当时任务比较急，用这个电路和程序刚好可以实现功能，完成以后达到了要求，就不愿意再改了。有兴趣的同仁如果日后选用这个片子做AD转换，可以和我联系，我可以提供我的程序和电路设计的思路。 看图：

这是MAXIM公司的双积分A/D转换器，4位半的输出精度，相当于二进位的14位精度。动态字位扫描BCD码输出，现在用的4位半的万用表中一般都用的是这个片子，上面的电路是基本与厂方推荐的电路相同，有点小小的改进，引进了SD4这个20欧姆的电阻，能够提高稳定性。 看图：

AD7714就是我前面所说的那种Σ-Δ型A/D转换器，这个器件不单是一个A/D转换器，而且是个完整的模拟检测前端电路，24位精度，SPI接口输出，包括内部可编程的放大器，采样保持器，可编程的数字滤波器等，功能非常强大，使用非常方便。现在已经有中文的应用手

册可以参考。我认为，这种模拟检测前端是AD转换器的发展方向。更有甚者将这些和数字处理器结合在一起，制成所谓的单片仪器、程序化仪器，通过编程实现功能，实在是太方便了。

V/F转换器的设计我没有搞过，这里不好乱谈，有兴趣的同仁可以查阅相关资料。 对于A/D转换器的故障判断有一下几点：

1. 电源故障。A/D转换器的模拟地和数字地是分开的，只是在终末连在一起接到系统电源上，维修过程中要是图方便将二者就近用飞线联在一起，会造成难以预测的干扰。有的A/D转换器的模拟部分和数字部分使用双电源供电，在维修中要注意二者是否都正常。

2. A/D转换器通常都采用外部基准电压输入，基准电压不正常会造成AD转换错误，维修过程也需要引起重视。

3. A/D转换器通常采用外部时钟输入完成AD转换，维修时如果电源正常，而转换器不能工作，可用示波器查看转换器的时钟信号是否正常。

4. 我一直没有示波器可用，通常是用万用表测量A/D转换器的数据线，看数据线上电电压有无跳动等来粗略判断转换器是否工作。

5. 由于CMOS器件的固有特性，A/D转换器在使用中会发生可控硅现象。现象是转换器会突然发热，时间长了就会烧毁，但如果这时切断电源，重新开机又会正常，常发生于输入信号高于电源电压的情况下。如果设计者在设计中不注意，就会使仪器在使用中发生这种情况。防范措施是加入退耦电容，在AD转换器的供电端串入一个100欧姆的限流电阻等方法来避免出现可控硅芯片烧毁芯片。

6. A/D转换器是比较娇贵的器件，工作电压不稳定、外部时钟频率不适合、温度不适合、电路板布线不合理、强干扰等都会造成AD转换不正常，影响设备的检测精度。这些问题如果发生，通常都是时有时无，很让我们这些维修工程师头痛的，没有什么好办法，只有靠耐心和细心慢慢排查，才能最终解决问题。

模数(A/D)转换器工作原理

A/D转换器(Analog-to-Digital Converter)又叫模/数转换器,即是将模拟信号(电压或是电流的形式)转换成数字信号。这种数字信号可让仪表,计算机外设接口或是微处理机来加以操作或胜作使用。

A/D 转换器 (ADC)的型式有很多种，方式的不同会影响测量后的精准度。

A/D 转换器的功能是把模拟量变换成数字量。由于实现这种转换的工作原理和采用工艺技术不同，因此生产出种类繁多的A/D 转换芯片。

A/D 转换器按分辨率分为4 位、6 位、8 位、10 位、14 位、16 位和BCD码的31/2 位、51/2 位等。按照转换速度可分为超高速（转换时间=330ns），次超高速（330~3.3μS），高速（转换时间3.3~333μS），低速（转换时间＞330μS）等。

A/D 转换器按照转换原理可分为直接A/D 转换器和间接A/D 转换器。所谓直接A/D 转换器，是把 模拟信号直接转换成数字信号，如逐次逼近型，并联比较型等。其中逐次逼近型A/D 转换器，易于用集成工艺实现，且能达到较高的分辨率和速度，故目前集成化A/D 芯片采用逐次逼近型者多；间接A/D 转换器是先把模拟量转换成中间量，然后再转换成数字量，如电压/时间转换型（积分型），电压/频率转换型，电压/脉宽转换型等。 其中积分型A/D 转换器电路简单，抗干扰能力强，切能作到高分辨率，但转换速度较慢。 有些转换器还将多路开关、基准电压源、时钟电路、译码器和转换电路集成在一个芯片内，已超出了单

纯A/D 转换功能，使用十分方便。

ADC 经常用于通讯、数字相机、仪器和测量以及计算机系统中，可方便数字讯号处理和信息的储存。大多数情况下，ADC 的功能会与数字电路整合在同一芯片上，但部份设备仍需使用独立的ADC。行动电话是数字芯片中整合ADC 功能的例子，而具有更高要求的蜂巢式基地台则需依赖独立的ADC 以提供最佳性能。 ADC 具备一些特性，包括：

1. 模拟输入，可以是单信道或多信道模拟输入；

2. 参考输入电压，该电压可由外部提供，也可以在ADC 内部产生； 3. 频率输

入，通常由外部提供，用于确定ADC 的转换速率； 4. 电源输入，通常有模拟和 数字电源接脚；

5. 数字输出，ADC 可以提供平行或串行的数字输出。

在输出位数越多(分辨率越好)以及转换时间越快的要求下，其制造成本与单价就越贵。 一个完整的A/D转换过程中，必须包括取样、保持、量化与编码等几部分电路。 AD转换器需注意的项目： 取样与保持 量化与编码 分辨率 转换误差 转换时间

绝对精准度、相对精准度

取样与保持

由于取样时间极短，取样输出为一串断续的窄脉冲。要把每个取样的窄脉冲信号数字化，是需要一定的时间。 因此在两次取样之间，应将取样的模拟信号暂时储存到下个取样脉冲到来，这个动作称之为保持。在模拟电路设计上，因此需要增加一个取样-保持电路。为了保证有正确转换，模拟电路要保留着还未转换的数据。 一个取样-保持电路可保证模拟电路中取样时，取样时间的稳定并储存，通常使用电容组件来储存电荷。根据数字信号处理的基本原理，Nyquist取样定理，若要能正确且忠实地呈现所撷取的模拟信号，必须取样频率至少高于最大频率的2倍。

例如，若是输入一个100Hz的正弦波的话，最小的取样频率至少要2倍，即是200Hz。 虽说理论值是如此，但真正在应用时，最好是接近10倍才会有不错的还原效果(因取样点越