1.轉(zhuǎn)換原理
逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器是目前采用最多的一種直接a/d轉(zhuǎn)換器。逐次逼近轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物重非常相似（天平稱重的過程是，從最重的砝碼開始試放，與被稱物體進(jìn)行比較，若物體重于砝碼，則該砝碼保留，否則移去。再加上第二個(gè)次重砝碼，由物體的重量是否大于砝碼的重量決定第二個(gè)砝碼是留下還是移去。照此一直加到最小一個(gè)砝碼為止。將所有留下的砝碼重量相加，就得物體重量）。逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器仿照這一思路，將輸入模擬信號與不同的參考電壓做多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對應(yīng)值。
n位逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器框圖如圖1所示。它由控制邏輯電路、數(shù)據(jù)寄存器、移
圖1 逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器框圖
位寄存器、d/a轉(zhuǎn)換器及電壓比較器組成。
工作原理：電路由啟動脈沖啟動后，在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，控制電路是移位寄存器的最高位置1，其它位置0，其輸出經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器將1000¼0送入d/a轉(zhuǎn)換器。輸入電壓首先與d/a轉(zhuǎn)換器輸出電壓 （ /2）相比較，如 /2，則為0。比較結(jié)果存于數(shù)據(jù)寄存器的 位。然后在第二個(gè)cp作用下，移位寄存器的次高位置1，其它位置0。如果高位已存1，則此時(shí) 。于是， 再與 相比較，如 則次高位 ；如最高位為0，則 ， 與 比較，如 ，則 位存1，否則存0……。依次類推，逐次比較得到輸出數(shù)字量。
為進(jìn)一步理解逐次比較器a/d轉(zhuǎn)換器的工作原理及轉(zhuǎn)換過程，下面用實(shí)例加以說明。
設(shè)圖2電路為8位a/d轉(zhuǎn)換器，輸入模擬量 d/a轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓 =10v。根據(jù)逐次比較d/a轉(zhuǎn)換器的工作原理，可以畫出在轉(zhuǎn)換過程中cp、啟動脈沖、 ，及d/a轉(zhuǎn)換器輸出電壓 的波形，如圖2所示。
由圖2可見，當(dāng)啟動脈沖低電平到來后轉(zhuǎn)換開始。在第一個(gè)cp作用下，數(shù)據(jù)寄存器 =10000000送入d/a轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓 第二個(gè)cp到來時(shí)，寄存器輸出 =11000000， 為7.5v， 再與7.5v比較，因?yàn)? 存0；輸入第三個(gè)cp時(shí)， =10100000， 再與 比較，……如此重復(fù)比較下去，經(jīng)8個(gè)時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)換結(jié)束。由圖中 的波形可見，在逐次比較過程中，與輸出數(shù)字量對應(yīng)的模擬電壓 逐漸逼近 值，最后得到a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)果 為10101111。該數(shù)字量所對應(yīng)的模擬電壓為6.8359375v，與實(shí)際輸入的模擬電壓6.84v的相對誤差為0.06%.
圖2 8位逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器波形圖
例題1、四位逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器的邏輯電路如圖3所示。圖中5位移位寄存器可進(jìn)行并入/并出或串入/串出操作，其f為并行置數(shù)端，高電平有效，s為高位串行輸入。數(shù)據(jù)寄存器由d邊沿觸發(fā)器組成，數(shù)字量從 輸出，試分析電路的工作原理。
圖3 4位逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器的邏輯電路
解：電路工作過程如下：當(dāng)啟動脈沖上升到來后， 被清零， 置1， 的高電平開啟 門，時(shí)鐘cp脈沖進(jìn)入移位寄存器。在第一個(gè)cp脈沖作用下，由于移位寄存器的置數(shù)使能端f已由0變成1，并行輸入數(shù)據(jù)abcde置入， 。 的低電平使數(shù)據(jù)寄存器的最高位置1，即 =1000。d/a轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量1000轉(zhuǎn)換為模擬電壓 ，送入比較器c與輸入模擬電壓 比較，若輸入電壓 ，則比較器c輸出 為1，否則為0。比較結(jié)果送 。
第二個(gè)cp脈沖到來后，移位寄存器的串行輸入端s為高電平， 的0移至次高位 。于是數(shù)據(jù)寄存器的 由0變成1，這個(gè)正跳變作為有效觸發(fā)信號加到 的cp端使 的電平得以在 保存下來。此時(shí)，由于其他觸發(fā)器無跳變脈沖， 的信號對他們不起作用。 變1后建立了新的d/a轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，輸入電壓再與其輸出電壓 相比較，比較結(jié)果在第三個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下存于 。如此進(jìn)行，直到 封鎖，轉(zhuǎn)換完畢。于是電路的輸出端 得到與輸入電壓 成正比的數(shù)字量。
由此以上分析可見，逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換的時(shí)間與其位數(shù)和時(shí)鐘脈沖頻率有關(guān),位數(shù)愈少,時(shí)鐘頻率越高,轉(zhuǎn)換所需時(shí)間越短。這種a/d轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換速度快，精度高的特點(diǎn)。