ADC的前世今生

[ 热门新闻 ] ADC、转换器 2018-10-19 13:21:11

ADC,在游戏中,这叫attackdamage carry(物理伤害输出类型英雄)。但是在神奇的电子电路中,它叫analogto digital converter(模数转换器)。

 

 

现实世界中的模拟信号,比如电压、电流、温度、压力等信号如果需要被采集显示,都是通过模数转换器采集实现的。比如我们通常使用的示波器、万用表。

 

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初代的ADC最早出现的是10bit的逐次逼近型,最初称为反馈减损型。其原理与称重序列算法一致。如下图所示,有1、2、4、8、32的称重序列。对于未知的重量,则利用不同的序列进行组合,直到测量到相邻的序列一个大于未知重量,一个小于未知重量。从而确定当前物体的重量。

 

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以此映射到ADC上,其拓扑结构如图所示,将输入的电压与1/8Vr~7/8Vref进行比较,通过比较器输出得到一个序列,根据序列确定当前输入的电压值。但是由下述结构也可以看出这种类型的ADC实现起来电路复杂,同时如果追求更高的精度也需要更多的比较器,不仅占用面积,也会大大增加成本。

 

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基于上述存在的问题,增加DAC的逐次逼近型ADC诞生了。拓扑结构如下所示。

 

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其结构中只需要一个比较器,在进行电压采集时,DAC会输出一个Vref/2,输入电压与这个Vref/2进行比较,如果输入电压大,比较器输出0,说明Vin>Vref/2;如果输入电压小,比较器输出1,Vin

 

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随着逐次逼近型ADC日益受欢迎,其分辨率、采样速率、输入/输出选项和成本开始出现多样化。现在,很多SARADC提供片上输入多路复用器,非常适合多通道数据采集系统。但是因为本类型的ADC需要进行多次比较,对于日益增长的高速的采样就有点力不从心。所以SARADC在分辨率和采样速度上有一个折中。

 

所以Σ-Δ型ADC就此产生。它通常包括两个模块:Σ-Δ调制器和数字信号处理模块,后者通常是数字滤波器,Σ-Δ型ADC的简要框图和主要概念如下图所示。

 

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Σ-Δ调制器是一种负反馈系统,与闭环放大器相似。环路包含低分辨率ADC和DAC,以及一个环路滤波器。输出和反馈被粗略量化,常常只有一比特表示高电平或低电平的输出。ADC的模拟系统实现了这种基本结构,量化器就是完成采样的模块。如果存在保证环路稳定的条件,那么输出就是输入的粗略表示。数字滤波器获得该粗略输出并重构模拟输入的精确数字转换结果。

 

随着对各种Σ-Δ电路拓扑结构的探索进一步深入以及新工艺的发展,Σ-Δ转换器的动态范围和采样速率必将越来越高。但是Σ-Δ转换器并不是解决目前所有数据采集问题的万能钥匙。采样频率存在上限,因此不适合视频应用;由于内部数字滤波器的建立时间较长,多路复用输入难以实现;超范围信号可能导致内部调制器饱和。

 

上述两种即为当前比较流行的ADC架构。也是代表了通用高精度ADC的发展趋势。