A/D轉換器是將模擬信號變換成相應的數字信號的裝置。今天來介紹幾種不同類型的A/D轉換器的轉換原理。

雙積分式A/D轉換器的轉換原理

這種轉換本質是一種V/T（電壓/時間）的轉換。如下圖所示，它的一次轉換基本工作原理可以分成三個工作階段。

雙積分式A/D轉換器基本組成

雙積分式A/D轉換器的工作原理是一種V/T（電壓/時間）的轉換，具體可分為三個工作階段。

第一階段是采樣階段，此時模擬開關S1導通，其余各模擬開關斷開，此階段對輸入電壓積分采樣。在進入此階段之前，積分器的輸出已被復零，所以當輸入電壓Vi為正時，積分器輸出負向漸增；當輸入電壓Vi為負時，積分器輸出正向漸增。

第二階段是反相積分階段，此時模擬開關S1斷開，其余各模擬開關仍保持斷開狀態，此階段對參考電壓VREF進行反向積分，直至積分輸入返回初始值。這兩個積分時間的長短正比于二者的大小，進而可以得出對應模擬電壓的數字量。

第三階段是計數階段，此時計數器開始對時鐘脈沖進行計數，直到計數器的計數值與第二階段的積分時間相等時停止計數，并輸出對應的數字量。由于該轉換電路是對輸入電壓的平均值進行變換，所以它具有很強的抗工頻干擾能力，在數字測量中得到廣泛應用。

逐次逼近式A/D轉換器

逐次逼近式A/D轉換器是一種常見的數字信號處理技術，用于將模擬信號轉換為數字信號。這種轉換器主要包含逐次逼近寄存器、D/A轉換器和比較器等部分。

如下圖所示為逐次逼近式A/D轉換器結構框圖，一般由電壓比較器N1、D/A轉換器、控制邏輯、移位寄存器和輸出鎖存器等組成。

逐次逼近式A/D轉換器結構圖

其工作原理如下：首先，逐次逼近寄存器清零；然后，開始進行轉換。在此過程中，從最高位開始逐位比較，根據輸入的模擬信號電壓與內置D/A轉換器產生的參考電壓的比較結果，決定該位的數字值為1還是0。接著，該位的值被送入逐次逼近寄存器中，同時D/A轉換器的輸出電壓被調整為下一個要比較的電壓值。這一過程會逐位進行，直至最低位完成比較。最后，逐次逼近寄存器中的數值即為對應的數字量。

值得注意的是，逐次逼近型A/D轉換器的分辨率一般為8位至16位，因此它適用于中等至高分辨率的應用。

二進制斜坡式A/D轉換器

二進制斜坡式A/D轉換器原理

二進制斜坡式A/D轉換器的基本電路如上圖（a）所示。它由D/A轉換器、二進制計數器、控制門、比較器和控制邏輯等部分組成。

二進制斜坡式A/D轉換器是一種常見的數字信號處理技術，用于將模擬信號轉換為數字信號。這種轉換器主要包含二進制計數器、D/A轉換器、控制門、比較器和控制邏輯等部分。其工作原理如下：首先，D/A轉換器生成一個隨著時間線性增加的電壓或電流；然后，這個斜坡電壓或電流與輸入的模擬信號進行比較；當斜坡電壓或電流達到輸入模擬信號的值時，比較器會產生一個跳變信號，這個跳變信號會被二進制計數器捕捉并記錄下來，從而完成一次A/D轉換。

值得注意的是，二進制斜坡式A/D轉換器的分辨率取決于斜坡電壓或電流的精度和二進制計數器的位數。因此，它通常適用于需要高精度和高分辨率的應用。此外，它的優點是結構簡單，響應速度快；缺點是如果輸入模擬信號的幅度超過了D/A轉換器的最大輸出范圍，可能會導致轉換誤差。

并行比較式A/D轉換器

并行比較式A/D轉換器是一種常見的數字信號處理技術，用于將模擬信號轉換為數字信號。這種轉換器主要包含電阻分壓器、電壓比較器、寄存器及編碼器等部分。

其工作原理如下：首先，電阻分壓器將參考電壓分成多個等級；然后，根據輸入的模擬信號電壓，電壓比較器會逐個比較這些等級與輸入模擬信號的大小；每當找到一個與輸入模擬信號相等或超過的等級時，對應的二進制位就會被設置為1，其余位保持為0；最后，這些二進制位被送入寄存器中并被解碼，從而完成一次A/D轉換。

n位并行式A/D轉換器電路組成原理

值得注意的是，并行比較式A/D轉換器的分辨率取決于分壓器的電阻個數和每一位的權重，因此它通常適用于需要高分辨率的應用。此外，它的優點是轉換速度快，因為它可以同時進行多位的比較和轉換；缺點是電路結構復雜，價格較高。