SEP3203基于嵌入式系统ADC接口电路设计+电路图(2)

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本实验将采用嵌入式系统实现A/D转换。

1．1 A/D转换器介绍

1.1.1 A/D转换器简介

按 ADC 结构区分，有传统的全并行结构模数转换器(Flash ADCs)、逐次逼

近型模数转换器(Successive Approximation ADCs)、积分型模数转换器( Integrating ADCs)，也有近年来新发展起来的流水线型模数转换器(Pipelined ADCs)和过采样模数转换器(Oversampling )，这些类型的模数转换器各有其优缺点以满足不同的具体应用要求。

流水线结构ADC, 过采样ADC、电流型ADC以及利用了折叠和插值技术的ADC是目前较为先进的模数转换器类型，另外还有将自校准技术与流水线及型ADC相结合来提高分辨率及线性度的技术。现在，在模数转换器的设计中，尽量将设计的重点由模拟电路部分转向了更易于实现的数字部分，优化了要求较高的模拟器件，比如比较器、高带宽运算放大器，将误差及噪声的消除从模拟域转移到数字域，这在数字技术发展迅速的今天，这种策略性的转移所显示出来的优势是不言而喻的，随着CMOS工艺的快速进步，数字技术会比模拟技术的进步更为显著，数字电路在控制芯片的尺寸及功耗方面都有很大的优势。并且，为了适应数字系统，模数转换器也正朝着SOC (System on Chip)片上系统的方向发展。

逐次逼近型(SAR)是应用非常广泛的模数转换方式，由比较器、数模转换(DAC) 、比较寄存器、时钟发生器及控制逻辑电路组成。一般适合lO bit精度、1MSPS以下转换率;功耗在ADC中处于中等。它采用试探误差技术对输入的模拟信号进行数字编码逼近，即将模拟输入与数模转换器的反馈信号不断进行比较来产生数字输出。一个N位的数字信号的逐次逼近的过程需要N个时钟周期。缺点是当高于12位分辨率时，精度难以达到要求;随着位数的增加，完成一个变换所需要的时钟数越多，变换速度越低;输入的模拟信号在进入模数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这些也会增加模数转换器的成本。所以其适用中、低速而分辨率较高的系统。

随着制造工艺和电路设计技术的不断改进，模数转换器的发展非常迅速。就制造工艺而言，CMOS工艺己经成为单片集成领域的主导，虽然目前CMOS速度和精度还不如双极型，但是在集成度、功耗、数据兼容、以及价格上要比双极型模数转换器占有很大的优势。现代很多先进的电子系统中都会要用到高分辨率、高速、低功耗、小面积的模数转换器和数模转换器，以改善数字处理技术的性能，特别是诸如雷达、声纳、高分辨率视频和图像显示、军事和医疗成像、高性能控制器与传动器，以及包括移动电话和基站接收机在内的现代数字通讯系统。

从ADC实现技术上看，模数转换器的分辨率越高需要的转换时间就会越长，转换速度就越低，所以模数转换器的速度和分辨率是相互制约的，在折衷速度和精度两者的基础上还要兼顾功耗、芯片面积及功能等因素，高速高精度、低功耗、小芯片尺寸是现代模数转换器的发展方向。

由于在本次设计中，需要A/D转换器的分辨率为10位，对芯片处理能力要求适中，而考虑到低功耗的问题，所以采用逐次逼近的A/D转换器芯片。

1.1.2 A/D转换原理概述

模数转换器的作用是把模拟信号转变为数字信号，模数转换器的输入信号是在时间上和幅度上都是连续变换的模拟信号，输出信号则在时间上和幅度上都是离散的，从连续信号到离散信号的转换过程可以被看成为采样和量化的过程。当开始采样时，采样脉冲信号在一系列等间隔的离散时刻打开采样开关，对模拟输入信号v(t)进行采样，于是得到采样信号Vs(t)，Vs(t)必须能真实反映V(t)的变化情况，也就是说Vs(t)经过信号还原后能够被复原出Vt)的原始形状，该过程用图2.1来表示。由于V(t)在幅值上是连续的，所以采样得到的Vs(t)在采样周期内的幅值可能是连续幅值上的任一点。