圖11.10.1逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器框圖

    3.工作原理

    逐次逼近轉(zhuǎn)換過程和用天平稱物重非常相似。天平稱重物過程是，從 重的砝碼開始試放，與被稱物體行進比較，若物體重于砝碼，則該砝碼保留，否則移去。再加上第二個次重砝碼，由物體的重量是否大于砝碼的重量決定第二個砝碼是留下還是移去。照此一直加到 小一個砝碼為止。將所有留下的砝碼重量相加，就得此物體的重量。仿照這一思路，逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器，就是將輸入模擬信號與不同的參考電壓作多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對應(yīng)值。

    對11.10.1的電路，它由啟動脈沖啟動后，在第一個時鐘脈沖作用下，控制電路使時序產(chǎn)生器的 高位置1，其他位置0，其輸出經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器將1000……0，送入d/a轉(zhuǎn)換器。輸入電壓首先與d/a器輸出電壓(vref/2)相比較，如v1≥vref/2，比較器輸出為1，若vi< vref/2，則為0。比較結(jié)果存于數(shù)據(jù)寄存器的dn-1位。然后在第二個cp作用下，移位寄存器的次高位置1，其他低位置0。如 高位已存1，則此時 vo=(3/4)vref。于是v1再與(3/4)vref相比較，如v1≥(3/4)vref，則次高位dn-2存1，否則dn-2=0;如 高位為0，則vo=vref/4，與vo比較，如v1≥vref/4，則 dn-2位存1，否則存0……。以此類推，逐次比較得到輸出數(shù)字量。

    為了進一步理解逐次比較a/d轉(zhuǎn)換器的工作原理及轉(zhuǎn)換過程。下面用實例加以說明。

    設(shè)圖11.10.1電路為8位a/d轉(zhuǎn)換器，輸入模擬量va=6.84v，d/a轉(zhuǎn)換器基準電壓vref=10v。 根據(jù)逐次比較d/a轉(zhuǎn)換器的工作原理，可畫出在轉(zhuǎn)換過程中cp、啟動脈沖、d7～d0及d/a轉(zhuǎn)換器輸出電壓vo的波形，如圖11.10.2所示。

    由圖11.10.2可見，當(dāng)啟動脈沖低電平到來后轉(zhuǎn)換開始，在第一個cp作用下，數(shù)據(jù)寄存器將d7～d0=10000000送入d/a轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓 v0=5v，va與v0比較，va>v0存1;第二個cp到來時，寄存器輸出d7～d0=11000000，v0為7.5v，va再與7.5v比較，因va<7.5v，所以d6存0;輸入第三個cp時，d7～d0=10100000，v0=6.25v;va再與v0比較，……如此重復(fù)比較下去，經(jīng)8個時鐘周期，轉(zhuǎn)換結(jié)束。由圖中v0的波形可見，在逐次比較過程中，與輸出數(shù)字量對應(yīng)的模擬電壓v0逐漸逼近va值， 后得到a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)果d7～d0為10101111。該數(shù)字量所對應(yīng)的模擬電壓為6.8359375v，與實際輸入的模擬電壓6.84v的相對誤差僅為0.06%。

圖11.10.2 8位逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器波形圖

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