1.轉換方式
直接轉換ADC
2.電路結構
逐次逼近ADC包括n位逐次比較型A/D轉換器如圖11.10.1所示,。它由控制邏輯電路,、時序產生器、移位寄存器,、D/A轉換器及電壓比較器組成,。
圖11.10.1逐次比較型A/D轉換器框圖
3.工作原理
逐次逼近轉換過程和用天平稱物重非常相似。天平稱重物過程是,,從最重的砝碼開始試放,,與被稱物體行進比較,若物體重于砝碼,,則該砝碼保留,,否則移去。再加上第二個次重砝碼,,由物體的重量是否大于砝碼的重量決定第二個砝碼是留下還是移去,。照此一直加到最小一個砝碼為止。將所有留下的砝碼重量相加,,就得此物體的重量,。仿照這一思路,逐次比較型A/D轉換器,,就是將輸入模擬信號與不同的參考電壓作多次比較,,使轉換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對應值。
對11.10.1的電路,,它由啟動脈沖啟動后,,在第一個時鐘脈沖作用下,控制電路使時序產生器的最高位置1,,其他位置0,,其輸出經數(shù)據(jù)寄存器將1000……0,送入D/A轉換器,。輸入電壓首先與D/A器輸出電壓(VREF/2)相比較,,如v1≥VREF/2,比較器輸出為1,,若vI< VREF/2,,則為0。比較結果存于數(shù)據(jù)寄存器的Dn-1位。然后在第二個CP作用下,,移位寄存器的次高位置1,,其他低位置0。如最高位已存1,,則此時 vO=(3/4)VREF。于是v1再與(3/4)VREF相比較,,如v1≥(3/4)VREF,,則次高位Dn-2存1,否則Dn-2=0,;如最高位為0,,則vO=VREF/4,與vO比較,,如v1≥VREF/4,,則 Dn-2位存1,否則存0……,。以此類推,,逐次比較得到輸出數(shù)字量。
為了進一步理解逐次比較A/D轉換器的工作原理及轉換過程,。下面用實例加以說明,。
設圖11.10.1電路為8位A/D轉換器,輸入模擬量vA=6.84V,,D/A轉換器基準電壓VREF=10V,。 根據(jù)逐次比較D/A轉換器的工作原理,可畫出在轉換過程中CP,、啟動脈沖,、D7~D0及D/A轉換器輸出電壓vO的波形,如圖11.10.2所示,。
由圖11.10.2可見,,當啟動脈沖低電平到來后轉換開始,在第一個CP作用下,,數(shù)據(jù)寄存器將D7~D0=10000000送入D/A轉換器,,其輸出電壓 v0=5V,vA與v0比較,,vA>v0存1,;第二個CP到來時,寄存器輸出D7~D0=11000000,,v0為7.5V,,vA再與7.5V比較,因vA<7.5V,,所以D6存0,;輸入第三個CP時,,D7~D0=10100000,v0=6.25V,;vA再與v0比較,,……如此重復比較下去,經8個時鐘周期,,轉換結束,。由圖中v0的波形可見,在逐次比較過程中,,與輸出數(shù)字量對應的模擬電壓v0逐漸逼近vA值,,最后得到A/D轉換器轉換結果D7~D0為10101111。該數(shù)字量所對應的模擬電壓為6.8359375V,,與實際輸入的模擬電壓6.84V的相對誤差僅為0.06%,。
圖11.10.2 8位逐次比較型A/D轉換器波形圖
4.特點
(1)轉換速度:(n+1)Tcp.速度快。
(2)調整VREF,,可改變其動態(tài)范圍,。
5.轉換器電路舉例
常用的集成逐次比較型A/D轉換器有ADC0808/0809系列(8位)、AD575(10位),、AD574A(12位)等,。
例11.10.1 4位逐次比較型A/D轉換器的邏輯電路如圖11.10.3所示。圖中5移位寄存器可進行并入/并出或串入/串出操作,,其F為并行置數(shù)端,,高電平有效,S為高位串行輸入,。數(shù)據(jù)寄存器由D邊沿觸發(fā)器組成,,數(shù)字量從Q4~Q1輸出,試分析電路的工作原理,。
圖11.10.3 4位逐次比較型A/D轉換器的邏輯電路
解:電路工作過程如下:
當啟動脈沖上升沿到來后,,F(xiàn)F0~FF4被清零,Q5置1,,Q5的高電平開啟G2門,,時鐘CP脈沖進入移位寄存器。在第一個CP脈沖作用下,,由于移位寄存器的置數(shù)使能端F已有0變?yōu)?,,并行輸入數(shù)據(jù)ABCDE置入,QAQBQCQDQE=01111,。QA的低電平是數(shù)據(jù)寄存器的最高位置1,,即Q4Q3Q2Q1=1000。D/A轉換將數(shù)字量1000轉換為模擬電壓vO,送入比較器C與輸入模擬電壓v1比較,,若輸入電壓vI> vO,則比較器C輸出vC為1,,否則為0。比較結果送D4~D1,。
第二個CP脈沖到來后,,移位寄存器的串行輸入端S為高電平,QA由0變1,,同是最高位QA的0移至次高位QB,。于是數(shù)據(jù)寄存器的Q3由0變1,這個正跳變作為有效觸發(fā)信號加到FF4的CP端使vC的電平得以在Q4保存下來,。此時,由于其他觸發(fā)器無正跳變脈沖,,vC的信號對它們不起作用,。Q3變?yōu)?后建立了新的D/A轉換器的數(shù)據(jù),輸入電壓在與其輸出電壓vO相比較,,比較結果在第三個時鐘脈沖作用下存于Q3……,。如此進行,直到QE由1變0,,使Q5由1變0后將G2封鎖,,轉換完畢。于是電路的輸出端D3D2D1D0得到與輸入電壓v1成正比的數(shù)字量,。由以上分析可見,,逐次比較型A/D轉換器完成一次轉換所需的時間與其位數(shù)和時鐘脈沖頻率有關,位數(shù)愈少,,時鐘頻率愈高,,轉換所需時間越短。這種A/D轉換器具有轉換速度較快,,精度高的特點,。