A/D转换原理详解
A/D转换原理详解
A/D（模数）转换是将模拟信号转换为数字信号的过程，在电子工程和计算机科学领域有着广泛的应用。本文将详细介绍A/D转换的基本原理、不同类型以及相关技术指标。
模拟量到数字量的转换过程
一般的A/D转换过程是通过采样保持、量化和编码这三个步骤完成的。首先对输入的模拟电压信号进行采样，采样结束后进入保持时间，在这段时间内将采样的电压量转化为数字量，并按一定的编码形式给出转换结果，然后开始下一次采样。
采样定理
采样定理是A/D转换的基础，它规定了采样频率与信号最高频率之间的关系，以确保采样后的信号能够完整地还原原始信号。
量化及编码过程
数字信号不仅在时间上是离散的，而且数值上的变化也不是连续的。这就是说，任何一个数字量的大小，都是以某个最小数量单位的整倍数来表示的。因此，在用数字量表示采样电压时，也必须把它化成这个最小数量单位的整倍数，这个转化过程就叫做量化。所规定的最小数量单位叫做量化单位，用△表示。显然，数字信号最低有效位中的1表示的数量大小，就等于△。
把量化的数值用二进制代码表示，称为编码。这个二进制代码就是A/D转换的输出信号。
直接A/D转换器
直接A/D转换器能把输入的模拟电压直接转换成输出的数字量而不需要经过中间变量。常用的电路有并行比较型和反馈比较型两类。
并行比较型A/D转换器
优点：使用这种含有寄存器的并行A/D转换电路时，可以不用附加采样-保持电路，因为比较器和寄存器这两部分也兼有采样-保持功能。
缺点：需要很多电压比较器和触发器。
反馈比较型A/D转换器
反馈比较型AD转换器的构思是：取一个数字量加到D/A转换器上，于是得到一个对应的输出模拟电压，将这个模拟电压和输入的模拟电压信号比较，如果两者不相等，则调整所取的数字量，直到两个模拟电压相等为止，最后所取的这个数字量就是所求的转换结果。
在反馈比较型A/D转换器中经常采用的有计数型和逐次比较型两种方案
计数型：
转换开始前先用复位信号将计数器置0，而且转换信号应停留在v=0的状态，这时门G被封锁，计数器不工作。计数器加给D/A转换器的是全0信号，所以D/A转换器输出的模拟电压 vo=0。如果v为正电压信号，比较器的输出电压为1。依同样方法比较完DA的全部位数。
逐次比较型:
为了提高转换速度，在计数型A/D转换的基础上又产生了逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似。按照天平称重的思路，逐次比较型A/D转换器，就是将输入模拟信号与不同的参考电压做多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量的对应值。
间接A/D转换器
间接A/D转换器通常需要通过其他类型的转换（如电压-频率转换）来实现模数转换，这类转换器在某些特定应用场景中具有优势。
A/D转换参数指标
- 分辨率：它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力
- 转换误差：表示A/D转换器实际输出的数字量与理论输出数字量之间的差别
- 转换精度：它是A/D转换器的最大量化误差和模拟部分精度的共同体现
- 转换时间：指A/D转换器从转换控制信号到来开始,到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间
本文部分内容参考自郭天祥《新概念51单片机C语言教程》。