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AD转换器:

类型计数式A/D转换器双积分式A/D转换器逐次逼近式A/D转换器
定义通过计数器逐步增加数字量,并与模拟输入电压比较,直到两者匹配,计数结果即为转换值。通过两次积分(对输入电压和参考电压的积分)将模拟电压转换为时间宽度,再转换为数字量。通过二分搜索策略,逐次比较输入电压与DAC生成的电压,最终逼近输入电压值。
转换速度慢(转换时间与输入电压大小成正比)较慢(依赖积分时间,通常毫秒级)快(转换时间固定,通常微秒级)
精度较低(受计数器步进限制)高(积分过程抑制噪声,抗干扰能力强)中等至高(取决于DAC位数和比较器精度)
复杂度简单中等(需积分器和时钟控制)较高(需精密DAC和逐次逼近逻辑)

在逐次逼近式A/D转换器(SAR ADC)中,试探值的顺序遵循二分搜索法(Binary Search),从最高位(MSB)到最低位(LSB)逐步确定每一位的值。

以输入电压 Vin = 3.5V、满量程 5V 为例:

步骤当前位试探值(二进制)DAC输出电压比较(Vin ≥ DAC输出?)该位结果更新后的数字量
1D3(MSB)10005V × (8/16) = 2.5V3.5V ≥ 2.5V → 11000
2D211002.5V + 5V × (4/16) = 3.75V3.5V ≥ 3.75V → 01000
3D110102.5V + 5V × (2/16) = 3.125V3.5V ≥ 3.125V → 11010
4D0(LSB)10113.125V + 5V × (1/16) ≈ 3.4375V3.5V ≥ 3.4375V → 11011

D/A转换器:

D/A转换器的原理可以归纳为“按权展开,然后相加”。因此,D/A转换器内部必须要有一个解码网络(decode network),以实现按权值分别进行D/A转换。解码网络通常有两种:二进制加权电阻网络和T型电阻网络。

特性二进制加权电阻网络T型电阻网络(R-2R)
定义由一组电阻构成,阻值按二进制权重(如R, 2R, 4R, 8R…)排列,通过开关切换产生不同电压。由两种阻值(R和2R)的电阻构成梯形结构,通过节点分压实现二进制加权电流或电压输出。
原理每个电阻代表一个二进制位,电流/电压叠加实现DAC输出。利用R-2R节点的等效电阻恒定特性,通过分流实现精确的二进制加权输出。
电阻值分布阻值按2ⁿ指数增长(如1kΩ, 2kΩ, 4kΩ…)。仅需两种阻值(R和2R),如所有水平电阻为2R,垂直电阻为R。
优点1. 结构简单直观。
2. 低位数时易于实现。
1. 电阻种类少,易于集成。
2. 高精度和线性度。
3. 适合高位数的DAC设计。
缺点1. 高位电阻值极大,难以匹配。
2. 位数增加时精度下降显著。
1. 结构较复杂。
2. 对电阻匹配精度要求高(需激光修调或精密工艺)。

 

权(weight):数字量的每个数位所代表的值。如8位二进制数的最低位的权为20=1,最高位的权为27=128 数字量转换成模拟量(D/A conversion):把每一位上的代码按其权的大小转换成相应的模拟量,再把代表各位的模拟量相加。

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