コンバーターとは、ある信号を別の信号に変換するデバイスを指します。 信号は、情報の形式またはキャリアです。 自動計装機器や自動制御システムでは、XNUMX種類の計装を接続するために、XNUMXつの信号が標準値または基準値と比較して別の信号に変換されることがよくあります。 したがって、コンバーターは多くの場合XNUMXつの機器（またはデバイス）です。
ADコンバータの紹介
- ADコンバーターの分類
よく使われる積分型、逐次比較型、並列比較型/直列並列型、シグマデルタ変調型、 コンデンサ 配列逐次比較型と 電圧-周波数変換タイプ。
1）一体型（TLC7135など）
積分ADの動作原理は、入力を変換することです 電圧 時間（パルス幅信号）または周波数（パルス周波数）に変換すると、タイマー/カウンターによってデジタル値が取得されます。 利点は、簡単な回路で高分解能が得られることですが、欠点は、変換精度が積分時間に依存するため、変換率が非常に低いことです。 初期のシングルチップADコンバータのほとんどは整数型を使用していましたが、現在では逐次比較型が徐々に主流になっています。
2）連続比較タイプ（TLC0831など）
逐次比較ADは、コンパレータと逐次比較ロジックによるDAコンバータで構成されています。 MSBから開始して、入力電圧を各ビットの内蔵DAコンバーターの出力と順次比較し、n回の比較後にデジタル値を出力します。 回路スケールは中程度です。 その利点は、高速、低消費電力、および低解像度（12ビット）での高価格です。
3）並列比較タイプ/シリアル並列比較タイプ（TLC5510など）
並列比較タイプADは、複数のコンパレータを使用して、FLash（高速）タイプとも呼ばれる2つの比較に対してのみ変換を実行します。 変換率が非常に高いため、nビット変換には1n-XNUMX個のコンパレータが必要です。 そのため、回路規模も非常に大きく、価格も高くなります。 ビデオADコンバーターなどの非常に高速な領域にのみ適しています。
直並列比較型ADの構造は、並列型と逐次比較型の間にあります。 最も典型的なものは、2つのn / XNUMXビット並列型ADコンバーターとDAコンバーターで構成されています。 変換はXNUMX回の比較で行われるため、ハーフフラッシュ（セミファスト）タイプと呼ばれます。 マルチステップ（マルチステップ/サブレンジング）タイプADと呼ばれるAD変換を実現するためのXNUMXつ以上のステップもあり、変換タイミングの観点からパイプライン（パイプライン）タイプADとも呼ばれ、最新の階層型ADも複数追加されます変換結果が使用されます機能やその他の機能を変更するためのデジタル操作用。 このタイプのAD速度は、逐次比較タイプよりも高速であり、回路スケールは並列タイプよりも小さくなります。
4）Σ-Δ（Sigma？/ FONT> delta）変調タイプ（AD7705など）
Σ-ΔADは、積分器、コンパレータ、1ビットDAコンバータ、デジタルフィルタで構成されています。 原則として、整数型に似ています。 入力電圧は時間（パルス幅）信号に変換され、デジタルフィルタで処理されてデジタル値が得られます。 回路のデジタル部分は基本的にシングルチップ化が容易であるため、高解像度を実現するのは簡単です。 主にオーディオと測定に使用されます。
5）コンデンサアレイ連続比較タイプ
コンデンサアレイ逐次比較型ADは、内蔵DAコンバータにコンデンサマトリックス法を採用しており、電荷再分配型とも呼ばれます。 一般的なほとんどの抵抗器の値 抵抗 アレイDAコンバーターは一貫している必要があり、シングルチップ上に高精度の抵抗を生成することは容易ではありません。 の代わりにコンデンサアレイを使用する場合 抵抗 アレイ、高精度モノリシックADコンバーターを低コストで製造できます。 最近の連続比較ADコンバータのほとんどは、コンデンサアレイタイプです。
6）電圧-周波数変換タイプ（AD650など）
電圧-周波数変換器（電圧-周波数変換器）は、間接変換によるアナログからデジタルへの変換を実装します。 原理は、最初に入力アナログ信号を周波数に変換し、次にカウンターを使用して周波数をデジタル量に変換することです。 理論的には、このADの分解能は、サンプリング時間が出力周波数分解能に必要な累積パルス数の幅を満たすことができる限り、ほぼ無限に増加させることができます。 その利点は、高分解能、低消費電力、低価格ですが、AD変換を一緒に完了するには外部カウント回路が必要です。 - ADコンバーターの主なテクニカル指標
1）分解能（分解能）とは、デジタル値が最小で変化したときのアナログ信号の変化量を指し、フルスケールと2nの比率として定義されます。 解像度は精度とも呼ばれ、通常はデジタル信号の桁数で表されます。
2）変換率（変換率）とは、アナログからデジタルへのAD変換を完了するのに必要な時間の逆数を指します。 積分ADの変換時間はミリ秒で、これは低速ADであり、連続比較ADはマイクロ秒と中速ADであり、完全並列/直列並列ADはナノ秒に達する可能性があります。 サンプリング時間は別の概念であり、XNUMXつの変換間の間隔を指します。 変換が正しく完了するようにするには、サンプルレート（サンプルレート）が変換レート以下である必要があります。 したがって、一部の人々は、変換率をサンプリング率と数値的に等しくすることを容認します。 一般的に使用される単位はkspsとMspsです。これは、キロ/ミリオンサンプル/秒（キロ/ミリオンサンプル/秒）を意味します。
３）量子化誤差（量子化誤差）ＡＤの有限分解能に起因する誤差、すなわち、有限分解能ＡＤの階段状伝達特性曲線と無限分解能ＡＤ（理想ＡＤ）の伝達特性曲線（直線）との間の最大値。偏差。 これは通常、最小のデジタルアナログバリエーションの3または半分であり、1LSB、1 / 1LSBとして表されます。
4）オフセット誤差入力信号がゼロのときに出力信号がゼロにならない値は、外部ポテンショメータで最小に調整できます。
5）フルスケールエラー（フルスケールエラー）対応する入力信号とフルスケール出力での理想的な入力信号値との差。
6）直線性（直線性）上記のXNUMXつの誤差を除いた、実際のコンバータの伝達関数と理想的な直線との間の最大偏差。
その他の指標には、絶対精度、相対精度、微分非直線性、単調性とエラーのないコード、全高調波歪み（THD）、積分非直線性が含まれます。 - DAコンバーター
DAコンバータの内部回路構成に大きな違いはなく、一般的に出力が電流か電圧か、乗算できるかによって分類されます。 ほとんどのDAコンバーターは、抵抗アレイとn個の電流スイッチ（または電圧スイッチ）で構成されています。 デジタル入力値に応じてスイッチを切り替え、入力に比例した電流（または電圧）を生成します。 さらに、精度を向上させるために、デバイス内に定電流源が配置されています。 一般的に、電流スイッチのスイッチング誤差が小さいため、電流スイッチタイプの回路がほとんど使用されています。 電流スイッチ型回路が生成電流を直接出力する場合は、電流出力型DAコンバータです。 また、電圧スイッチ型回路は直接出力電圧型DAコンバータです。
1）電圧出力タイプ（TLC5620など）
抵抗アレイから直接電圧を出力する電圧出力DAコンバーターもありますが、一般的には内蔵の出力アンプを使用して低インピーダンスで出力します。 電圧を直接出力するデバイスは、高インピーダンス負荷にのみ使用されます。 出力アンプ部分に遅延がないため、高速DAコンバーターとしてよく使用されます。
2）現在の出力タイプ（THS5661Aなど）
電流出力型DAコンバータは、電流出力を直接使用することはめったになく、ほとんどの場合、電流-電圧変換回路に接続して電圧出力を取得します。 後者にはXNUMXつの方法があります。XNUMXつは負荷抵抗を出力ピンに接続して電流-電圧変換を実行する方法です。 これは外部オペアンプです。 負荷抵抗による電流-電圧変換の方法は、電流出力ピンに電圧が発生する可能性がありますが、指定された出力電圧範囲内で使用する必要があり、出力インピーダンスが高いため、一般に外部オペアンプで使用されます。 さらに、ほとんどのCMOSDAコンバータは、出力電圧がゼロでない場合は正しく動作できないため、外部オペアンプを接続する必要があります。 電流から電圧への変換に外部オペアンプを使用する場合、回路構成は基本的に内蔵アンプの電圧出力タイプと同じです。 このとき、DAコンバーターの現在のセットアップ時間にDAコンバーターの遅延が加わるため、応答が遅くなります。 また、この回路のオペアンプは出力端子の内部容量により発振しやすく、位相補償が必要な場合があります。
3）乗算タイプ（AD7533など）
一部のDAコンバーターは一定の基準電圧を使用し、一部のDAコンバーターは基準電圧入力にAC信号を追加します。 後者は、デジタル入力とリファレンス電圧入力を乗算した結果を得ることができるため、乗算DAコンバータと呼ばれます。 増倍型DAコンバータは、一般に増倍を行うだけでなく、入力信号をデジタル減衰する減衰器や入力信号を変調する変調器としても使用できます。 [1]
4）DAコンバーター
XNUMXビットDAコンバータは、前述の変換方法とはまったく異なります。 デジタル値をパルス幅変調または周波数変調出力に変換し、デジタルフィルタを使用して平均化し、一般的な電圧出力を取得します（ビットストリーム方式とも呼ばれます）。 オーディオやその他の機会に。 - DAコンバーターの主なテクニカル指標：
1）解像度（解像度）とは、最小アナログ出力（デジタル量に対応し、最下位ビットのみが「1」）と最大値（対応するデジタル量はすべて有効な数字「1」）の比率を指します。
2）設定時間は、デジタル量を安定したアナログ信号に変換するのに必要な時間であり、変換時間と考えることもできます。 整定時間は、ADで一般的に使用される変換率ではなく、速度を表すためにDAでよく使用されます。 一般に、電流出力DAの整定時間は短く、電圧出力DAは長くなります。