传感器中“A-D转换器”的应用 （一）

在传感器设计当中，我们将模拟信号转换为数字信号牵扯到输入的量化，因此必然会引入少量误差。转换器对模拟信号进行周期性采样，并在特定时刻执行转换。转换结果是一系列数字值，也就是把时间连续和连续可变的模拟信号转换为时间离散和值离散的数字信号。

A-D转换器的应用范围很广，几乎无处不在，只要牵扯到模拟量与数字量的转换，都有用到它。从分立电路到单片机集成电路（IC），再到高性能混合电路，模块甚至箱子。同样，我们把A-D转换器也可以作定制，或半定制的专用集成电路ASIC的标准元件。

A-D转换器将连续的模拟数据（通常是电压）转换成能跟数字处理装置相匹配的等效离散数字形式。它的主要性能指标包括：绝对精度，相对精度，线性度，无线码，无失码，分辨率，转换速度，稳定性及价格。通常，当价格成为主要考虑因素时，把单片A-D转换器嵌入微控制器中是一种非常高效的方法。

最流行的A-D转换器逐次逼近法，其优点在于能很好地平衡速度和精度要求。但是，还有很多基于其他方法的A-D转换器也广泛应用于各种不同的场合，特别是在不需要较高转换速度和只需要少量通道的情况下，主要包括双斜率A-D转换器，四重积分式A-D转换器，脉宽调制（PWM）A-D转换器，压-频（V-F）A-D转换器，阻-频（R-F）A-D转换器，A-D转换的技术已经非常成熟，这里我们简要回顾一些常用的转换器结构。如果想要获得更详细的介绍，可以自行百度搜索。

最著名的数字编码是二进制，即逢二进一，用二进制来表示整数是我们非常熟悉的：一个自然二进制整数编码n位，最低有效位（LSB）的权重2^0即1，再下一位的权重为2^1，即2.如此直到最大有效为（MSB），它的权重是2^n-1，即2^n/2。二进制的值即为所有非零位权重的和。当把所有的权重加起来之后，就形成了一个0~2^n-1之间的一个独一无二的数。每在后面加一个零，该数值就翻一倍。

对传感器的模拟输出信号进行转换时，因为它的值不依赖于分辨率的位数，所以可以用另外一种更有效的编码方式：分数二进制，其在整个量程范围内都是归一化的。如果将所有的整数值除以2^n，那么整数二进制可以直接用来表示分数二进制。例如，最高有效位的权重为1/2，下一位的权重则为1/4，如此直到最低有效位，它的权重为1/2^n. 把这些所有的权重位都加起来，就形成了一个0~1-2^-n满量程之间的一个独一无二的数。为了解释它们的关系，下表我列出16行5位二进制数，

当自然二进制码所有位都是1时，所代表的分数为1-2^-n,或者归一化为满量程减一个最低有效位（如1-1/16=15/16），严格地说，这个由整数来表示的数为0.1111(=1-0.0001).然而，通常只把整数编码简单地写出来，即1111，它带有分数的特性，相应的数值为：“1111”到1111/(1111+1)即15/16

方便起见，列出了20位二进制的权重，然而实际传感器的变化很少超过16位 n位数的最低有效位即是它的分辨率。dB一栏表示最低有效位与最大值比值的倍数（底为10）乘以20，然后每升高一位升高6.02dB(即20lg2)，或者说是6dB/倍频程。