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武汉汉口做网站费用,搜索词热度查询,汉中建设工程招投标信息网官网,wordpress 图片循环(ADC)数模转换器的不同类型对比 数模转换器(ADC)类型详解1. **并行比较型ADC(Flash ADC)****工作原理****优缺点****应用场景** 2. **逐次逼近型ADC(SAR ADC)****工作原理****优缺点…

(ADC)数模转换器的不同类型对比

  • 数模转换器(ADC)类型详解
    • 1. **并行比较型ADC(Flash ADC)**
      • **工作原理**
      • **优缺点**
      • **应用场景**
    • 2. **逐次逼近型ADC(SAR ADC)**
      • **工作原理**
      • **优缺点**
      • **应用场景**
    • 3. **积分型ADC(双积分型)**
      • **工作原理**
      • **优缺点**
      • **应用场景**
    • 4. **压频变换型ADC(Voltage-to-Frequency ADC)**
      • **工作原理**
      • **优缺点**
      • **应用场景**
    • 5. **流水线型ADC(Pipelined ADC)**
      • **工作原理**
      • **优缺点**
      • **应用场景**
    • 6. **Σ-Δ(Sigma-Delta)型ADC**
      • **工作原理**
      • **优缺点**
      • **应用场景**
    • **对比总结**
    • **选择建议**

数模转换器(ADC)类型详解


1. 并行比较型ADC(Flash ADC)

工作原理

  • 核心机制:通过多个比较器并行工作,将输入模拟信号与多个参考电压同时比较,直接输出数字结果。
  • 电路组成
    • 分压电阻网络:生成阶梯状参考电压(如 V R E F / 2 n V_{REF}/2^n VREF/2n 分辨率)。
    • 比较器阵列:每个比较器将输入信号与对应的参考电压比较,输出高低电平。
    • 编码器:将比较器的输出转换为二进制数字代码。

优缺点

  • 优点
    • 超高速转换:转换时间仅需一个时钟周期,适合实时性要求高的场景。
    • 结构简单:无需复杂的迭代过程。
  • 缺点
    • 高成本与功耗 n n n 位分辨率需要 2 n − 1 2^n - 1 2n1 个比较器,硬件复杂度呈指数增长。
    • 精度受限:分辨率越高,参考电压网络和比较器的匹配难度越大。

应用场景

  • 高速低精度场景:如雷达信号处理、视频信号采样(10位以下)。

2. 逐次逼近型ADC(SAR ADC)

工作原理

  • 核心机制:通过逐位比较输入信号与参考电压,逐步逼近真实值。
    1. 初始化:DAC输出中间值(如 V R E F / 2 V_{REF}/2 VREF/2)。
    2. 比较:比较器判断输入信号是否高于DAC输出,调整最高位(MSB)。
    3. 迭代:重复比较剩余位,直到所有位确定。
  • 典型结构:逐次逼近寄存器(SAR)、DAC、比较器。

优缺点

  • 优点
    • 中等速度与高精度:典型分辨率为8-16位,转换时间与位数无关。
    • 低功耗:硬件复杂度较低,适合集成化设计。
  • 缺点
    • 速度限制:转换时间与位数成正比( n n n 位需 n n n 个时钟周期)。

应用场景

  • 通用中速高精度场景:如工业控制、医疗仪器、传感器接口(如STM32内置ADC)。

3. 积分型ADC(双积分型)

工作原理

  • 核心机制:通过两次积分过程将输入电压转换为时间间隔。
    1. 第一次积分:对输入电压 V i n V_{in} Vin 定时积分(固定时间 T 1 T_1 T1),电容充电至 V 1 V_1 V1
    2. 第二次积分:对参考电压 V r e f V_{ref} Vref 反向积分,直到电容放电至零,记录时间 T 2 T_2 T2
    3. 关系式 V i n ⋅ T 1 = V r e f ⋅ T 2 V_{in} \cdot T_1 = V_{ref} \cdot T_2 VinT1=VrefT2,通过计数器输出数字结果。
  • 典型结构:积分器、比较器、计数器、控制逻辑。

优缺点

  • 优点
    • 高抗干扰能力:对工频噪声(如50Hz/60Hz)有天然抑制。
    • 高精度:通过增加积分时间可提升分辨率(如16位以上)。
  • 缺点
    • 低速:转换时间依赖积分周期,不适合动态信号。

应用场景

  • 高精度低速场景:如数字万用表、精密电能计量。

4. 压频变换型ADC(Voltage-to-Frequency ADC)

工作原理

  • 核心机制:将输入电压转换为频率信号,通过计数器测量频率。
    1. 电压控制振荡器(VCO):输入电压 V i n V_{in} Vin 控制振荡器频率 f f f
    2. 计数器:在固定时间内统计脉冲数,输出与 V i n V_{in} Vin 成正比的数字值。
  • 典型结构:VCO、计数器、定时器。

优缺点

  • 优点
    • 抗干扰性强:频率信号对噪声不敏感,适合长距离传输。
    • 低功耗:无需高速电路。
  • 缺点
    • 低速:转换精度依赖计数时间,实时性差。

应用场景

  • 工业远程监测:如温度、压力传感器的远程信号传输。

5. 流水线型ADC(Pipelined ADC)

工作原理

  • 核心机制:将ADC分为多级流水线,每级完成部分转换并传递余量。
    1. 分段处理:每级使用SAR或Flash结构,处理高位或低位。
    2. 余量校正:通过DAC和放大器修正前级误差,传递给下一级。
    3. 并行输出:各级结果组合后输出最终数字值。
  • 典型结构:多级流水线单元(SAR+DAC+放大器)、数字校正逻辑。

优缺点

  • 优点
    • 高速高精度:适合12-16位、百Msps以上的应用。
    • 模块化设计:易于扩展分辨率和速度。
  • 缺点
    • 复杂校正逻辑:需要数字误差校正电路。
    • 功耗较高:多级流水线增加功耗。

应用场景

  • 高速通信:如5G基带处理、软件定义无线电。

6. Σ-Δ(Sigma-Delta)型ADC

工作原理

  • 核心机制:通过过采样和噪声整形技术提高有效分辨率。
    1. 过采样:以远高于奈奎斯特频率的速率采样(如256倍)。
    2. 噪声整形:将量化噪声推向高频,通过低通滤波器抑制。
    3. 1位量化:使用1位DAC和比较器,简化硬件。
    4. 数字滤波:抽取滤波器降低数据率,输出高精度结果。
  • 典型结构:积分器、1位DAC、比较器、数字滤波器。

优缺点

  • 优点
    • 超高精度:24位以上分辨率,适合音频和精密测量。
    • 抗混叠能力强:过采样降低对模拟滤波器的要求。
  • 缺点
    • 低速:过采样导致转换速率受限(通常低于1Msps)。
    • 复杂数字处理:需要高计算量的数字滤波器。

应用场景

  • 音频与精密测量:如高保真音频ADC(如ES7210)、电化学传感器。

对比总结

类型分辨率速度功耗典型应用
并行比较型低(8-10位)极高视频、雷达
逐次逼近型中高(12-16位)中等工业控制、医疗仪器
积分型高(16-24位)数字万用表、电能计量
压频变换型中(10-14位)工业远程监测
流水线型中高(12-16位)通信、高速数据采集
Σ-Δ型超高(20-24位)音频、精密传感器

选择建议

  • 高速低精度并行比较型
  • 中速高精度逐次逼近型
  • 超高精度低速Σ-Δ型
  • 抗干扰高精度双积分型
  • 远程传输压频变换型
  • 高速中高精度流水线型
http://www.dtcms.com/wzjs/492806.html

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