A/D转换器主要技术指标解析

由于A／D转换器的电路类型不同，编码方法也不同，其指标类型也有所区别。现以二进制数编码的ADC为例介绍主要技术指标。

1.分辨率

ADC的分辨率是指输出数字量变化一个最低位所对应的输入模拟量需要变化的量，又称分解度。其输出二进制数位数越多，转换精度越高，即分辨率越高。故可用分辨率表示转换精度。从理论上讲，一个输出n位二进制数的A／D转换器应能区分输入模拟电压的2n个不同量级，能区分输入模拟电压的最小间隔为满量程输入的1／2n。如12位ADC，当满量程电压为10 V时，其可分辨的最小电压为10／212≈2.44（mV）。

2.转换时间

转换时间是指完成一次A／D转换所需的时间，即从接到转换启动信号开始，到输出获得稳定数字信号所经过的时间。转换时间越短意味着A／D转换器的转换速度越快。A／D转换器的转换速率主要取决于转换电路的类型，双积分型ADC的转换速度最慢，需几百毫秒；逐次逼近式ADC的转换速度较快，一般为几十微秒。

3.相对误差

在工程实际中，对应一个稳定的输入模拟电压，ADC的二进制输出数码必定在其理论值上下变化，这种变化即绝对误差δ。

式中　δ——绝对误差；

Nn——A／D转换器实际输出二进制数码值；

N0——根据实际模拟输入ADC应输出的理论二进制数码值。

通过将绝对误差δ与满量程输出值的比值称为相对误差ε，相对误差ε表征了A／D转换精度。在实际应用中，通常将最大的相对误差称为ADC的转换精度。

此外，还有输入模拟电压范围、稳定性、电源功率消耗等技术指标。

应用案例

ADC转换器MC14433的电路应用

1.A／D转换器MC14433的电路结构

MC14433是位CMOS工艺的双积分型ADC，可以与CC14433或5G14433互换。所谓位是指数字量为4位十进制数，最高位仅有0和1两种状态，而低3位则有0～9十种状态。

MC14433由于其高性能、低功耗、极佳的线性度以及可靠的输入保护，常被用于工业仪表、数字式温度计、数字式直流电压表、远程A／D系统等各类设备。

图9－11　MC14433引脚排列图

图9－11所示为MC14433引脚排列图，各主要引脚功能简述如下。

V AG：积分器的接地端。

U REF：参考电压输入端。参考电压值可取两种，分别为200 mV和2 V，对应的模拟电压量程为199.9 mV和1.99 V。

U i：待转换的模拟信号输入端。

R1、R1／C1、C1：外接积分阻容元件（R1、C1）。

C O1、C O2：失调电压补偿电容（C0）接线端。

DU：实时输出控制端。若在DU端加入一个正脉冲，则转换结束时所得结果被送入输出数据锁存器。否则，输出数据锁存器的数据不变，输出的仍为原来的结果。

CPi、CPo：时钟输入、输出端。在CPi和CPo输入端之间接不同阻值的电阻，可产生不同的内部时钟频率。当外接电阻R C依次取750 kΩ、470 kΩ、360 kΩ等典型值时，相应时钟频率依次为50 kHz、66 kHz、100 kHz。

V EE：负电源输入端。

V SS：电源公共端。

EOC：转换周期结束输出信号端。模／数转换结束后，此端输出一个正脉冲信号。

：过量程信号输出端。当转换过程中有溢出现象发生时，该端输出低电平。

DS1～DS4：输出数字千、百、十、个位的选通脉冲输出端。

Q3～Q0：转换结果输出端。BCD码输出，Q0为最低位，Q3为最高位。

V DD：正电源输入端。

MC14433采用动态扫描方式输出，即周期性地从千位到个位依次将转换结果输出。在每次模／数转换周期结束时，先输出一个EOC信号，然后DS1、DS2、DS3、DS4再依次输出正脉冲信号，正脉冲信号的宽度为18个时钟周期，各选通信号之间的间隔为2个时钟周期。在位选通信号DS1输出下脉冲期间，Q3～Q0输出千位标志及电压极性标志等，其中Q2表示电压极性，Q2＝1表示正极性，Q2＝0表示负极性，Q3表示千位，Q3＝1千位为0，Q3＝0千位为1；在位选通信号DS2、DS3、DS4输出正脉冲期间，Q3～Q0输出BCD码，分别在DS4时对应个位，DS3时对应十位，DS2时对应百位。

MC14433具有自动调零和自动极性转换等功能，可测量正或负电压。(www.xing528.com)

2.A／D转换器MC14433的电路应用

图9－12所示为一款采用MC14433组成的典型的数字式直流电压表原理电路图，图中MC14433为双积分型ADC，CD4511为七段数码管译码电路，MC1403为集成型精密基准源，输出2.5 V电压，通过调整VR1可为MC14433提供精密基准电压（2 V），MC1413是小功率达林顿晶体管驱动器，用于驱动LED数码管。

图9-12　典型的数字式直流电压表原理电路图

被测直流电压U i经A／D转换后，以动态扫描方式输出，数字量输出端Q3～Q0上的数字信号按照先后顺序输出。位选通信号DS1～DS4通过位选开关MC1413分别控制着千、百、十、个位上的四只LED数码管的共阴极。数字信号经过七段译码驱动器CD4511译码后，驱动四只LED数码管的各段阳极。这样，MC14433便能按时间顺序以扫描方式将输出的数据在四只数码管上依次显示出来。

电压极性符号“－”由MC14433的Q2控制。当输入负电压时，Q2＝0，三极管导通，负号“－”通过三极管点亮；当输入为正电压时，Q2＝1，三极管截止，负号“－”熄灭。小数点的位置由根据量程大小的不同而选择。若U i大于1.999 V，由输出信号控制CD4511的端，使显示数字熄灭，而负号和小数点仍然点亮。

任务训练

一、AD7520组成D／A转换器电路的测试

1.实验目的

（1）了解AD7520电路的工作原理。

（2）掌握并提高硬件电路的连接及调试能力。

（3）掌握ADC电路的评估方法。

2.实验内容及步骤

（1）根据AD7520电路的技术文档，画出可以调整零点、满量程输出电压值的电路原理图。

（2）调零：根据原理图，置D9～D0为“全0”，调整可调位器R P3，使输出电压为0 V。

（3）调满量程值：根据原理图，置D9～D0为“全1”，调整R P1及R P2，使输出电压为10 V。

（4）按表9－1改变D9～D0的输入值，并记录D／A转换器的输出电压。

（5）根据所得测试值分析转换误差值。

表9－1　D／A转换器测试记录表

续表

二、MC14433组成A／D转换器电路的测试

1.实验目的

（1）了解MC14433电路的工作原理。

（2）掌握并提高硬件电路的连接及调试能力。

（3）掌握ADC电路的评估方法。

2.实验内容及步骤

（1）根据MC14433电路的技术文档，画出数字式直流电压表的电路原理图。

（2）根据原理图制作数字式直流电压表。

（3）调整参考电压：根据原理图，调整可调电位器R P，使MC14433芯片2脚电压为2 V。

（4）将本直流电压表接入一个可调电源，调节电源调整其输出电压。

（5）按表9－2改变输入模拟电压值，并记录直流电压表的输出值。

（6）根据所得测试值分析测量误差值。

表9－2　A／D转换器测试记录表

习题9.4