2.6 A/D转换器

A/D转换器（模/数转换器）是将模拟信号转换为数字信号的器件。

信号可以分为模拟信号、脉冲信号、数字信号。在时间和幅值上连续变化的信号是模拟信号，在时间和幅值上不连续变化的信号是脉冲信号，数字信号是由二进制数字0、1组成的信号。图2-26显示了三种信号的对应关系。通过A/D转换可将模拟信号转换为数字信号（将模拟量转换为数字量）。

图2-26 模拟信号、脉冲信号与数字信号

A/D转换过程包括取样、保持、量化、编码四个步骤，图2-27显示了A/D转换器完成A/D转换的基本过程。

图2-27 A/D转换的基本过程

由于模拟信号是随时间连续变化的量，因此在进行A/D转换时，需要对模拟信号周期性地连续取样。在取样后到下一次取样前的时间内需保持取样值不变，在A/D转换器内将其量化、编码成为数字信号。取样后保持中的信号值仍是连续的模拟信号值，为了用数字量表示，须将其转化成某个数量单位的整数倍，这个过程就是量化。量化的最后过程是编码。由于在计算机中使用的是二进制数（以适应计算机基本器件的基本状态：开、关），因此必须将使用的十进制数转换为二进制数。编码就是采用一定方式的二进制数表示量化后数字（十进制数）的过程。一种常用的编码是用四位二进制数表示一位十进制数（称为BCD码），它的编码与十进制数存在简单对应关系。例如，一个十进制数为968，则其编码为（1001 0110 1000）BCD。这样，通过编码就将十进制数转换为计算机可识别、可运算的二进制数。实际上，在计算机中的字母和符号也都是采用特定规则的二进制数表示。

A/D转换可分为不同方法、不同类型。类型不同，其结构组成、工作原理就不同。

A/D转换器的主要性能指标包括：分辨率、量化误差、输入模拟电压范围、转换速度、工作温度系数等。

1）分辨率表示的是A/D转换器能够区分的最小输入模拟电压。因此它限定了A/D转换器分解输入模拟电压的能力。它由A/D转换器输入的模拟电压满量程值和可转换为二进制数的位数（比特，bit）决定。例如，A/D转换器输入的模拟电压满量程值为5V，当其输出二进制数的位数为8位（8bit）时，其可分辨的最小输入模拟电压为

5×1000mV÷28=19.53mV如果其输出二进制数的位数为12位（12bit）时，其可分辨的最小输入模拟电压为

5×1000mV÷212=1.22mV

2）量化误差是A/D转换器对连续的输入模拟电压用有限的数字进行离散赋值时出现的误差（例如，用四舍五入处理带来的离散赋值误差）。它是A/D转换过程固有的误差。显然，转换的二进制数的位数越高，量化误差会越小。

3）输入模拟电压范围是A/D转换器可以正常工作的范围。

4）转换速度用A/D转换器完成一次A/D转换时间表示。

5）温度系数是A/D转换器正常工作条件下，温度每改变1℃导致的输出相对变化。