电压频率转换法 - 模数转换器的内部结构解析

　　3）电压频率转换法

　　采用电压频率转换法的A/D转换器，由计数器、控制门及一个具有恒定时间的时钟门控制信号组成，它的工作原理是V/F转换电路把输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。电压频率转换法的工作过程是：当模拟电压Vi加到V/F的输入端，便产生频率F与Vi成正比的脉冲，在一定的时间内对该脉冲信号计数，时间到，统计到计数器的计数值正比于输入电压Vi，从而完成A/D转换。

 

　　四、模数转换器结构

　　模数转换器的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接ADC和直接ADC

　　间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，常用的有中间量是时间的双积分型ADC。直接ADC则直接转换成数字量，常用的有并联比较型ADC和逐次逼近型ADC。

　　并联比较型ADC：由于并联比较型ADC采用各量级同时并行比较，各位输出码也是同时并行产生，所以转换速度快是它的突出优点，同时转换速度与输出码位的多少无关。并联比较型ADC的缺点是成本高、功耗大。因为n位输出的ADC，需要2n个电阻，（2n－1）个比较器和D触发器，以及复杂的编码网络，其元件数量随位数的增加，以几何级数上升。所以这种ADC适用于要求高速、低分辩率的场合。逐次逼近型ADC：逐次逼近型ADC是另一种直接ADC，它也产生一系列比较电压VR，但与并联比较型ADC不同，它是逐个产生比较电压，逐次与输入电压分别比较，以逐渐逼近的方式进行模数转换的。逐次逼近型ADC每次转换都要逐位比较，需要（n+1）个节拍脉冲才能完成，所以它比并联比较型ADC的转换速度慢，比双分积型ADC要快得多，属于中速ADC器件。

　　另外位数多时，它需用的元器件比并联比较型少得多，所以它是集成ADC中，应用较广的一种。双积分型ADC：属于间接型ADC，它先对输入采样电压和基准电压进行两次积分，以获得与采样电压平均值成正比的时间间隔，同时在这个时间间隔内，用计数器对标准时钟脉冲（CP）计数，计数器输出的计数结果就是对应的数字量。双积分型ADC优点是抗干扰能力强；稳定性好；可实现高精度模数转换。主要缺点是转换速度低，因此这种转换器大多应用于要求精度较高而转换速度要求不高的仪器仪表中。

　　五、常见A/D转换器

　　这是国半公司的8位逐次逼近式A/D转换器，有两个输入通道（CH0和CH1），串口输出，通过编程实现AD转换和通道选择。

　　这是MAXIM公司的双积分A/D转换器，4位半的输出精度，相当于二进位的14位精度。动态字位扫描BCD码输出，现在用的4位半的万用表中一般都用的是这个片子，上面的电路是基本与厂方推荐的电路相同，有点小小的改进，引进了SD4这个20欧姆的电阻，能够提高稳定性。

　　AD7714就是我前面所说的那种Σ-Δ型A/D转换器，这个器件不单是一个A/D转换器，而且是个完整的模拟检测前端电路，24位精度，SPI接口输出，包括内部可编程的放大器，采样保持器，可编程的数字滤波器等，功能非常强大，使用非常方便。现在已经有中文的应用手册可以参考。我认为，这种模拟检测前端是AD转换器的发展方向。更有甚者将这些和数字处理器结合在一起，制成所谓的单片仪器、程序化仪器，通过编程实现功能，很太方便。