单斜ADC

特点

最简单的 ADC
是只用少数几个元器件，价格低廉。

工作原理

由输入模拟电压产生一个脉冲， 脉冲宽度与输入模拟电压成正比 （因此又
叫脉冲宽度调制 ADC ）。同时，在用时钟脉冲来计量这个脉冲宽度，并以二进制数码形式给出计量结果，电路结构如图。

转换过程

开始前，开关 S闭合，电容器 C 放电至 Vc=0。
在 t0 时刻，转换开始，启动信号使 S 断开，并使 n 位计数器清零，恒流源 I 对电容器 C 充电，电压 Vc 由零开始随时间 t 线性增长。
Vc= I/Ct ，产生一个斜坡电压（因此得名） 。
斜坡电压加到比较器的反相输入端，待转换的模拟信号 Vi 则加到比较器的同相输入端。模拟信号为正值，当比较器有较高增益时，在启动瞬间，比较器输出为高电平，与门打开，输出周期为 Tc 的时钟脉冲，计数器连续计数，直到 t1瞬间。斜坡电压 Vc 上升到等于 V i，比较器改变输出为低电平。与门关闭，计数器停止计数。
这时：
V c=I(t 1-t0)/C=V i
计数器接收到的脉冲数为
N=（ t1-t0）/Tc
限于计数器的位数， N 应不超过 2^n-1，因此可得
**Vi= I/CN*Tc**
即 V i 与 N 成正比.完成一次转换所需最长时间为 T=(2 n-1)T c。设时钟频率为 1MHz 则 Tc=1us， 当 n=10时， T 约为 1ms，属低速 ADC 。

误差

前面已经讨论 ADC 的量化误差理论上等于或小于 ±1/2 个1LSB， 但是结合上述具体电
路而言，误差可能达到一个量子。下图 4-46（a）示出了这种可能。
如果启动信号恰好在时钟脉冲上升沿之前一瞬间发出， 计数器与时钟上升沿触发， 则
对应于同一输出数字码所对应的不同模拟输入电压 Vi1， Vi2，V i3，量化误差为 -1LSB ，
-1/2LSB ，0LSB 。使启动脉冲与时钟下降沿同步可解决这一问题， 使为 -1/2LSB ，0，+1/2LSB ，如图 4-46（b）。
除了上述量化误差外， 影响系统精度的因素还有电容器的长期稳定性， 电容器容量的
温度系数， 电流源的恒定性等。 这些因素都直接影响斜坡的斜率， 因此影响比较器的输出
脉冲宽度及时钟脉冲计数，对电容器性能的苛刻要求，使目前较少应用单斜 ADC.