模/数转换器analog-to-digital converter

把连续变量转换为二进制数字量的电子线路，简称A/D转换器。随着计算机技术的发展，数字控制系统在现代化生产过程中的应用越来越广。将生产过程中的温度、压力、流量等连续变化的物理量送入计算机进行运算，必须先利用传感器将连续变化的非电量转换成电压、电流等模拟量，再通过A/D转换器将这些模拟信号转换成为数字信号，输入计算机进行处理。
分类 模/数转换器分为直接比较式和间接比较式两类，它们的工作方式分别为直接比较法和间接比较法。
直接比较法 将输入的模拟量U_x与一组数值不同的标准电压U₀进行比较，当U_x＝U₀时，U₀所对应的数字量就是转换结果。直接比较法又分为并联比较法、计数式比较法和逐步逼近式比较法等。❶并联比较法：在图1中，将U_x同时与几个标准电压作比较，若某一标准电压U₀与U_x相等，则可通过运算放大器（比较器）和n位二进制编码器，将该标准电压U₀所对应的数字量送往输出端。并联比较法转换速度快，但需用较多的比较器。
❷计数式比较法：图2中，标准电压U₀是由加减计数器输出后经数/模(D/A)转换得来的。从U₀＝0开始，二进制计数器每增加1,U₀增加一级，并与输入电压U_x比较一次，如U₀x，则加减计数器继续计数，使U₀一步步增加。当U₀＝U_x时，计数器的二进制数值，即为Ux相对应的数字量。由于比较次数较多，转换速度较慢。
❸逐步逼近式比较法：在图3中，标准电压U₀在输入电压U_x上下摆动，逐步逼近U_x，直到U₀＝U_x为止。由于比较次数较少，转换速度较快。目前使用的模/数转换器，绝大多数使用逐步逼近式比较法。逐步逼近式转换器由数码设定器、D/A转换器、电压比较器和控制器组成。先由数码设定器设定一个数码，经D/A转换器转换成电压U₀，与被测电压U_x相比较，如U_x>U₀，则控制器增加数码设定器的数码。如U_x0，则控制器减少数码设定器的数码。设定器的数码改变一次，比较器就将U₀与U_x进行一次比较。这样，经多次比较，使U₀与U_x相等。此时，数码设定器的数码就是对应于被测模拟量的数字量。

图1 并联比较法的原理框图

图2 计数式比较法的原理框图

图3 逐步逼近式转换器的原理框图

间接比较法 先将输入的模拟电压变换成某一中间变量（如频率等），然后对中间变量进行数字化测量，求得最终结果。
技术指标 模/数转换器的主要技术指标有：❶分辨率，指转换器所能分辨的被测量的最小值，如10位转换器的分辨率为1/2¹⁰＝1/1024;
❷精度，常用数字量的位数作为度量绝对精度的单位(如精度为最低位的±1/2)；用百分比表示满量程的相对误差(如+0.05%);
❸量程，转换器的满刻度范围，即最大和最小模拟值之差；
❹量化误差，将模拟量变为数字量，总有一个最小的数字分度单位，这就构成量化误差。它决定于数字最低位所对应的电压值；
❺线性度误差，转换器传递函数曲线与理想值不同而出现的误差；
❻总转换误差，整个转换器的设备误差和量化误差之和；
❼总转换时间，完成一次转换所需的时间。
常用的模/数转换器有：8位模/数转换器AD570、ADC 0809、AD 7570; 10位模/数转换器AD571、AD 7570L、MAS 10;12位模/数转换器AD572、AD 578、MAS 12;14位模/数转换器ADC1130、ADC 1131等等。