刘 洋 蔡 啸

(沈阳三洋建筑机械有限公司，辽宁 沈阳 110122)

模数转换器就是常见的A/D转换器，用于进行模拟信号与数字信号之间的转换，以实现电路系统中作业控制信号与数据处理信号的联动，有着十分重要的作用。现在随着科技水平与制造工艺的发展，模数转换器的使用范围更加广泛，因此我们要因地制宜的选择合适的模数转换器，以达到功能性与经济性的良好结合。下面我们就针对模数转换器的技术指标与注意事项略作叙述。

1 模数转换器的主要技术指标

通常情况下，模数转换器大致可分为直接型和间接型模数转换器这两类，其中直接型模数转换器又可以分为电荷再分配型、反馈型和非反馈型这三种形式，间接型模数转换器可以分为电压/时间变换型、电压/频率变换型和∑-Δ式这三类。[1]下面我们就对这些种类的模数转换器的技术指标分别进行对比介绍。

1.1 转换时间

转换时间指的是模数转换器自接到转换控制信号直到输出端可以得到稳定的信号所需要的时间。这个时间的长短受转换电路的类型影响较大，在这几种类型的转换器中，间接型模数转换器的转换速度是最慢的，一般都在10-300ms之间，有时所用的时间可能会更长。逐次比较型模数转换器的转换速度要优于间接型模数转换器，它的转换时间可以控制在0.4μs左右。并型比较型模数转换器的转换速度最快，有的最快转换速度可以控制在20-50ns之间，单从转换时间来讲，并型比较型模数转换器是转换速度最好的模数转换器。

1.2 转换速率

转换速率是转换时间的倒数，用来表示转换的速度。如一般情况下，并型比较型模数转换器的转换速率可达到20-50M次/s;逐次比较型模数转换器的转换速率可以达到2.5M次/s左右;间接型模数转换器的转换速率与前两种相比则要小得多。

1.3 转换精度

转换精度一般可以分为分辨率和转换误差，接下来我们就对其分别进行简介。

(1)分辨率

分辨率一般是以输出的二进制或十进制数字的位数来进行表示的，它是用来衡量模数转换器对输入信号的分辨能力的。由于N位输出的模数转换器可以用于区分2的N次幂级次的不同等级的模拟输入电压，其区分能力为满量程输入电压的1/2N，且在电压一定的情况下，位数越高，分辨率就越高。单位分辨为1LSB，如N=12时，用百分数可将其表示为：1/212=0.24‰。

(2)转换误差

转换误差用于表示输出误差的最大值，它用于衡量模数转换器实际输出的数字量与理论输出数字量的差别，可用最低有效位数的倍数来进行表示。常可分为量化误差、偏移误差和满刻度误差等。

①量化误差：量化误差是指因转换器分辨率有限，在转换过程中而引起的误差，它可以表示为有限的分辨率转移特性曲线与理论分辨率转移特性曲线间的最大偏差量。

②偏移误差：偏移误差是指输入信号为零时，由于电路中存在外接电位器，导致的输出信号不为零而产生的误差值，为此我们应该将电路中的外接电位器调到最小，以减小误差量。

③满刻度误差：满刻度误差是指当输出信号为满刻度值输出时，其实际电压值与满刻度电压值之间的差值。

2 选择模数转换器时的注意事项

进行模数转换器的选择有许多注意事项，下面我们就以位数选择和转换速率这两点较为重要的项为例来进行介绍。

2.1 进行位数选择时的注意事项

常用的模数转换器的精度多由其需求的精度来进行确定，这就要求我们在运用一定的算法的前提下，要综合对模数转换器内的传感器、转换器、控制机构、信号预处理电路和输出电路的精度进行分析与控制。

一般情况下，我们在要考虑两个主要因素，即静态精度和动态平滑性。[2]其中，静态精度是模拟信号在进行数字化转化时所产生的误差的主体。

因此，我们在考虑其静态精度时，要尤其注意输入信号的量化误差随着信号转化而在输出信号时产生的误差。现在使用的大多数测量装置的精度值一般不小于0.1%，一般取0.05%-0.1%之间，与其相对应的二进制数(含符号位)为11-12位，以此来提高静态精度。如果其量程很大时，我们可以采用双精度的转换方案以满足量程的要求。

当在进行动态平滑性考虑时，可利用软件程度来模拟其数学模型的动态曲线，然后通过不断的改变模拟的位数来对动态曲线进行调整，然后选取所需平滑程度的动态曲线，并确定出模拟该动态曲线所使用的位数。一般来说，分辨率越高，平滑性越好。数位在13位以上的具有较高的分辨率，其平滑性较好;在9-12位间的为中等分辨率，其平滑性一般;在8位以下的为低分辨率，其平滑性较差。要适当选择其位数，避免选取的过低以影响精度，也不要选取得过高以增加成本。

2.2 进行转换速率选择时的注意事项

在进行转换器转换速率的选择过程中，要首先选择好采样速率，采样定理为：只有当采样频率大于2倍信号频率时，才能实现将采样后的数字信号恢复到原模拟信号时，信号的原始数据不会因转换而缺失。依据采样定理和实际需要，来选择一个波形周期内采样点的个数。如果转换器的转换时间为100μs时，其对模拟信号的处理频率最高为1000Hz，而当转换时间为10μs时，其对模拟信号的处理频率可提高至10000Hz。[3]如果再提高处理频率就较为困难了，所以定出的转换速率要在满足定理的同时，符合实际的条件。

通过以上对选择模数转换器进的技术指标和注意事项的介绍，使我们对其基础知识有了初步的了解，希望可以为初学者们提供入门参考。

[1]陈兵.《基于高速A/D转换器HI3318的采集系统设计》.《国外电子元器件》.2003.8.

[2]胡智宏，江泳.《高性能A/D转换器的应用研究》.《现代电子技术》.2008.16.

[3]纪宗南.《集成A/D转换器应用技术和实用线路》.中国电力出版社.2009.