逐次比较型模数转换器工作原理及特点

图11.10.1逐次比较型a/d转换器框图

    3.工作原理

    逐次逼近转换过程和用天平称物重非常相似。天平称重物过程是，从 重的砝码开始试放，与被称物体行进比较，若物体重于砝码，则该砝码保留，否则移去。再加上第二个次重砝码，由物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。照此一直加到 小一个砝码为止。将所有留下的砝码重量相加，就得此物体的重量。仿照这一思路，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作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。

    对11.10.1的电路，它由启动脉冲启动后，在第一个时钟脉冲作用下，控制电路使时序产生器的 高位置1，其他位置0，其输出经数据寄存器将1000……0，送入d/a转换器。输入电压首先与d/a器输出电压(vref/2)相比较，如v1≥vref/2，比较器输出为1，若vi< vref/2，则为0。比较结果存于数据寄存器的dn-1位。然后在第二个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，则此时 vo=(3/4)vref。于是v1再与(3/4)vref相比较，如v1≥(3/4)vref，则次高位dn-2存1，否则dn-2=0;如 高位为0，则vo=vref/4，与vo比较，如v1≥vref/4，则 dn-2位存1，否则存0……。以此类推，逐次比较得到输出数字量。

    为了进一步理解逐次比较a/d转换器的工作原理及转换过程。下面用实例加以说明。

    设图11.10.1电路为8位a/d转换器，输入模拟量va=6.84v，d/a转换器基准电压vref=10v。 根据逐次比较d/a转换器的工作原理，可画出在转换过程中cp、启动脉冲、d7～d0及d/a转换器输出电压vo的波形，如图11.10.2所示。

    由图11.10.2可见，当启动脉冲低电平到来后转换开始，在第一个cp作用下，数据寄存器将d7～d0=10000000送入d/a转换器，其输出电压 v0=5v，va与v0比较，va>v0存1;第二个cp到来时，寄存器输出d7～d0=11000000，v0为7.5v，va再与7.5v比较，因va<7.5v，所以d6存0;输入第三个cp时，d7～d0=10100000，v0=6.25v;va再与v0比较，……如此重复比较下去，经8个时钟周期，转换结束。由图中v0的波形可见，在逐次比较过程中，与输出数字量对应的模拟电压v0逐渐逼近va值， 后得到a/d转换器转换结果d7～d0为10101111。该数字量所对应的模拟电压为6.8359375v，与实际输入的模拟电压6.84v的相对误差仅为0.06%。

图11.10.2 8位逐次比较型a/d转换器波形图

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