在儀器儀表系統(tǒng)中，常常需要將檢測到的連續(xù)變化的模擬量如：溫度、壓力、流量、速度、光強等轉(zhuǎn)變成離散的數(shù)字量，才能輸入到計算機中進行處理。這些模擬量經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(一般為電壓信號)，經(jīng)過放大器放大后，就需要經(jīng)過一定的處理變成數(shù)字量。實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)變的設備通常成為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),簡稱A/D。

隨著集成電路的飛速發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器的新設計思想和制造技術(shù)層出不窮。為滿足各種不同的檢測及控制需要而設計的結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換器應運而生。

下面講講A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理和分類。

根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的原理可將A/D轉(zhuǎn)換器分成兩大類。一類是直接型A/D轉(zhuǎn)換器，將輸入的電壓信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，不經(jīng)過中間任何變量;另一類是間接型A/D轉(zhuǎn)換器，將輸入的電壓轉(zhuǎn)變成某種中間變量(時間、頻率、脈沖寬度等)，然后再將這個中間量變成數(shù)字代碼輸出。

盡管A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，但目前廣泛應用的主要有三種類型：逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、V/F變換式A/D轉(zhuǎn)換器。另外，近些年有一種新型的Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器異軍突起，在儀器中得到了廣泛的應用。

逐次逼近式(SAR)A/D轉(zhuǎn)換器(SAR)的基本原理是：將待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號與一個推測信號進行比較，根據(jù)二者大小決定增大還是減小輸入信號，以便向模擬輸入信號逼進。推測信號由D/A轉(zhuǎn)換器的輸出獲得，當二者相等時，向D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字信號就對應的時模擬輸入量的數(shù)字量。這種A/D轉(zhuǎn)換器一般速度很快，但精度一般不高。常用的有ADC0801、ADC0802、AD570等。

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理是：先對輸入模擬電壓進行固定時間的積分，然后轉(zhuǎn)為對標準電壓的反相積分，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(shù)字量。這種A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較慢，但精度較高。由雙積分式發(fā)展為四重積分、五重積分等多種方式，在保證轉(zhuǎn)換精度的前提下提高了轉(zhuǎn)換速度。常用的有ICL7135、ICL7109等。

Σ-Δ型AD由積分器、比較器、1位D/A轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度)信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。這種轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度極高，達到16到24位的轉(zhuǎn)換精度，價格低廉，弱點是轉(zhuǎn)換速度比較慢，比較適合用于對檢測精度要求很高但對速度要求不是太高的檢驗設備。常用的有AD7705、AD7714等。

V/F轉(zhuǎn)換器是把電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號，由良好的精度和線性，而且電路簡單，對環(huán)境適應能力強，價格低廉。適用于非快速的遠距離信號的A/D轉(zhuǎn)換過程。常用的有LM311、AD650等。