數(shù)字電路：數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器PPT

1、D/AD/A和和A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1 D/A轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器是連接數(shù)字世界和模擬世界轉(zhuǎn)換器是連接數(shù)字世界和模擬世界的橋梁，在現(xiàn)代信息技術(shù)中具有舉足輕重的作用。的橋梁，在現(xiàn)代信息技術(shù)中具有舉足輕重的作用。概概 論論 D/A轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（Digital Analog Convertor，DAC） A/D轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（ Analog Digital Convertor，ADC）2 典型應(yīng)用系統(tǒng)之一典型應(yīng)用系統(tǒng)之一多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 概概 論論3 典型應(yīng)用系統(tǒng)之二典型應(yīng)用系統(tǒng)之二計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)DDC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 概概 論論4D/AD/A和和A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

2、5一、一、D/A轉(zhuǎn)換器的基本概念轉(zhuǎn)換器的基本概念 DACDn vO10O2niiinDKKDvD/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號數(shù)字信號模擬信號將將數(shù)字信號數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成與其成正比的轉(zhuǎn)化成與其成正比的模擬信號模擬信號。6以三位以三位DAC為例，設(shè)為例，設(shè)K=1，可得出，可得出vO和和Dn的關(guān)系的關(guān)系D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器的傳輸特性轉(zhuǎn)換器的傳輸特性vO /VDn01234567010001011 100110101111D2D1D0vO0 0 00 V0 0 11 V0 1 0 2 V0 1 13 V1 0 04 V1 0 15 V1 1 06 V1 1 17 V71.電路結(jié)構(gòu)及工作

3、原理電路結(jié)構(gòu)及工作原理權(quán)電阻型權(quán)電阻型D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器3REF3DRVI 模擬開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)I/V變換變換電路電路輸入數(shù)輸入數(shù)字量字量輸出電壓參考電壓2REF22DRVI 1REF14DRVI 0REF08DRVI 流過各電阻的電流為多少？流過各電阻的電流為多少？8權(quán)電阻型權(quán)電阻型D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器01230123842DRVDRVDRVDRVIIIIiREFREFREFREF303REF001122333REF2222222iiiDRVDDDDRV304REF222oiiiDVRiv9權(quán)電阻型權(quán)電阻型D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器3o4022iREFiiVvD （1）輸出電壓與輸入的數(shù)

4、字量成正比；）輸出電壓與輸入的數(shù)字量成正比；（2）輸出電壓與參考電壓極性相反；）輸出電壓與參考電壓極性相反；（3）如果數(shù)字量為）如果數(shù)字量為n位的二進(jìn)制數(shù)，輸出電壓的變化范圍：位的二進(jìn)制數(shù)，輸出電壓的變化范圍：REF2120Vnn結(jié)論：結(jié)論：10權(quán)電阻型權(quán)電阻型D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器3o4022iREFiiVvD 由于電阻網(wǎng)絡(luò)中阻值范圍太寬，很難保證每個(gè)電阻均由于電阻網(wǎng)絡(luò)中阻值范圍太寬，很難保證每個(gè)電阻均有很高精度，在集成有很高精度，在集成DAC中很少采用。中很少采用。思考思考：DAC的精度與電路中的哪些參數(shù)有關(guān)？的精度與電路中的哪些參數(shù)有關(guān)？權(quán)電阻精度權(quán)電阻精度外加參考電源精度外加參考電源

5、精度11倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)T型電阻網(wǎng)絡(luò)參考電壓 由于倒由于倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)只有兩種阻值的電阻，型電阻網(wǎng)絡(luò)只有兩種阻值的電阻，因此最適合于集成工藝，集成因此最適合于集成工藝，集成D/A轉(zhuǎn)換器普遍轉(zhuǎn)換器普遍采用這種電路結(jié)構(gòu)。采用這種電路結(jié)構(gòu)。12倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2.工作原理工作原理RVIREFREF2REF3II 4REF2II 8REF1II 16REF0II 同樣分析可得：同樣分析可得：13RivO倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2.工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)）0123REF168

6、42DIDIDIDIREFREFREF001122334REF22222DDDDRV00112233422222DDDDVREF00112233DIDIDIDIi通過放大器通過放大器A把電流把電流i轉(zhuǎn)換成輸出電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓vO：30422iiiREFDV14乘法型乘法型D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器模擬開關(guān)1.什么是什么是乘法型乘法型DAC（Multiplying DAC，MDAC）？）？304REFO22iiiDVv實(shí)現(xiàn)了模擬量和數(shù)字量的實(shí)現(xiàn)了模擬量和數(shù)字量的乘法乘法運(yùn)算運(yùn)算 乘法型乘法型DACi42vDn如果參考電壓用模擬信號來代替如果參考電壓用模擬信號來代替15乘法型乘法型D/AD/A轉(zhuǎn)換

7、器轉(zhuǎn)換器2.乘法型乘法型DAC的一般結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu)反饋電阻電流輸出端電流輸出端nnDRVI2REFO1MDAC的輸出電流正比于輸入數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)電壓的乘積。的輸出電流正比于輸入數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)電壓的乘積。思考思考：如何實(shí)現(xiàn)電壓輸出？：如何實(shí)現(xiàn)電壓輸出？16乘法型乘法型D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器3.典型的集成乘法型典型的集成乘法型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖引腳圖引腳圖172.滿量程（滿量程（Full Scale Range）輸出電壓）輸出電壓VFSR1.最小輸出電壓增量最小輸出電壓增量VLSB121FSRLSBnVV分辨率 D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) 分辨率分

8、辨率常用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。常用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。 3.分辨率分辨率：最小輸出電壓增量與最大輸出電壓的比值來表示。：最小輸出電壓增量與最大輸出電壓的比值來表示。例：輸入數(shù)字位數(shù)例：輸入數(shù)字位數(shù)n=10的的DAC滿量程輸出電壓滿量程輸出電壓VFSR=10V，求最小輸出電壓增量求最小輸出電壓增量VLSB。mV101211012110FSRLSBnVV數(shù)字量為數(shù)字量為111時(shí)的輸出電壓值。時(shí)的輸出電壓值。數(shù)字量變化一個(gè)單位時(shí)，輸出電壓的變化量。數(shù)字量變化一個(gè)單位時(shí)，輸出電壓的變化量。 184.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)絕對誤差：輸出模擬電壓的實(shí)際測

9、量值與理想輸出值之差。絕對誤差：輸出模擬電壓的實(shí)際測量值與理想輸出值之差。引起誤差的原因：引起誤差的原因：基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓VREF的變化的變化常用的表示方式：常用的表示方式：1/2LSB、LSB、2LSB三種表述方式：分辨率、轉(zhuǎn)換誤差、線性誤差三種表述方式：分辨率、轉(zhuǎn)換誤差、線性誤差 轉(zhuǎn)換誤差：絕對誤差和相對誤差轉(zhuǎn)換誤差：絕對誤差和相對誤差表示對于該輸入數(shù)字產(chǎn)生的絕對誤差相當(dāng)于輸入表示對于該輸入數(shù)字產(chǎn)生的絕對誤差相當(dāng)于輸入數(shù)字最低位變化一個(gè)字所引起的理論輸出值數(shù)字最低位變化一個(gè)字所引起的理論輸出值19相對誤差：對于某個(gè)輸入數(shù)字，實(shí)測輸出值與理論輸出值相對誤差：對于某個(gè)輸入數(shù)字，實(shí)測輸出值與理論

10、輸出值 之差同滿刻度值之比，也叫相對精度之差同滿刻度值之比，也叫相對精度D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓VREF精度和不穩(wěn)定度精度和不穩(wěn)定度運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻差異模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻差異引起引起DAC轉(zhuǎn)換誤差的主要原因：轉(zhuǎn)換誤差的主要原因：線性誤差：理論上線性誤差：理論上DAC的輸出應(yīng)與輸入數(shù)字量成嚴(yán)格的線性的輸出應(yīng)與輸入數(shù)字量成嚴(yán)格的線性 關(guān)系，實(shí)際存在誤差關(guān)系，實(shí)際存在誤差電阻網(wǎng)絡(luò)電阻值偏差電阻網(wǎng)絡(luò)電阻值偏差205.輸出建立時(shí)間輸出建立時(shí)間D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)普通普通DAC的建立時(shí)間為幾到幾百微秒；的

11、建立時(shí)間為幾到幾百微秒；高速高速DAC的建立時(shí)間小于幾微秒；的建立時(shí)間小于幾微秒；如如MAXIM公司的公司的MAX555為為12位位DAC，轉(zhuǎn)換速度為，轉(zhuǎn)換速度為300MHz。 輸入數(shù)據(jù)改變到輸出進(jìn)入規(guī)定的誤差范圍內(nèi)所需要輸入數(shù)據(jù)改變到輸出進(jìn)入規(guī)定的誤差范圍內(nèi)所需要的最大時(shí)間。的最大時(shí)間。212.數(shù)字信號接口特性數(shù)字信號接口特性1.轉(zhuǎn)換器的位數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)集成集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器的選擇轉(zhuǎn)換器的選擇 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)取決于對信號分辨能力的要求。轉(zhuǎn)換器的位數(shù)取決于對信號分辨能力的要求。3.模擬信號接口特性模擬信號接口特性4.參考電壓參考電壓5.動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 如是并行接口還是串行接口；純二進(jìn)制還是

12、如是并行接口還是串行接口；純二進(jìn)制還是8421BCD碼？碼？ 是電壓輸出還是電流輸出？是單極性還是雙極性？是電壓輸出還是電流輸出？是單極性還是雙極性？ 是外置參考電壓還是內(nèi)置參考電壓？是外置參考電壓還是內(nèi)置參考電壓？ 主要指轉(zhuǎn)換速度。主要指轉(zhuǎn)換速度。22 1.任意波形發(fā)生器任意波形發(fā)生器D/AD/A轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用232.數(shù)控穩(wěn)壓電源數(shù)控穩(wěn)壓電源D/AD/A轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用243.程控增益放大電路程控增益放大電路D/AD/A轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用IO256vDvn放大器的增益大于1。25練習(xí)題某10位D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)輸入為D=0100000000B時(shí)，

13、輸出電壓為1.6V。當(dāng)輸入D=1000010000B時(shí)，輸出電壓為（ ）A、3.15V B、3.30V C、3.60V D、都不是練習(xí)題D/AD/A和和A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器28一、一、A/D轉(zhuǎn)換的過程轉(zhuǎn)換的過程 要把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量一般要經(jīng)過四個(gè)步驟，分別要把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量一般要經(jīng)過四個(gè)步驟，分別稱為稱為采樣、保持、量化、編碼采樣、保持、量化、編碼。A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器291.采樣保持采樣保持t0vI(t)A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器t0vSTSCHSvI(t)vI( t )t0vI (t)連續(xù)時(shí)間信號連續(xù)時(shí)間信號離散時(shí)間信號離散時(shí)間信號302.量化量化和和編碼編碼量化：量化：將采樣

14、將采樣保持后的信號幅值轉(zhuǎn)化成某個(gè)最小數(shù)量單保持后的信號幅值轉(zhuǎn)化成某個(gè)最小數(shù)量單位（量化間隔）的整數(shù)倍。位（量化間隔）的整數(shù)倍。A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（1）確定量化間隔：）確定量化間隔： 例：如有一模擬信號，幅值范圍為例：如有一模擬信號，幅值范圍為01V，要轉(zhuǎn)化為，要轉(zhuǎn)化為3位二位二進(jìn)制代碼，則其量化間隔為進(jìn)制代碼，則其量化間隔為1LSB=1/8V 。得到得到8個(gè)量化電平分別為個(gè)量化電平分別為0V、1/8V7/8V。 NFSRVLSB21分割數(shù)模擬輸入電壓范圍31 經(jīng)量化后的信號幅值均為的整數(shù)倍，在量化過程中會(huì)經(jīng)量化后的信號幅值均為的整數(shù)倍，在量化過程中會(huì)產(chǎn)生誤差，稱為產(chǎn)生誤差，稱為量化誤差量

15、化誤差。最大量化誤差。最大量化誤差 =1/8V。A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器方式一：只舍不入量化方式（截?cái)嗔炕绞剑┓绞揭唬褐簧岵蝗肓炕绞剑ń財(cái)嗔炕绞剑┤绻?VvI1/8V 則量化為0=0V； 1/8VvI2/8V 則量化為1=1/8V； 7/8VvI1V 則量化為7=7/8V。（2）將連續(xù)的模擬電壓近似成分散的量化電平）將連續(xù)的模擬電壓近似成分散的量化電平32 經(jīng)量化后的信號幅值均為的整數(shù)倍，在量化過程中會(huì)經(jīng)量化后的信號幅值均為的整數(shù)倍，在量化過程中會(huì)產(chǎn)生誤差，稱為產(chǎn)生誤差，稱為量化誤差量化誤差。最大量化誤差。最大量化誤差 =1/8V。A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1/82/83/84/85/86

16、/87/80vO/Vt133如果 0VvI1/16V 則量化為0=0V； 1/16VvI3/16V 則量化為1=1/8V； 3/16VvI5/16V 則量化為2=2/8V； 13/16VvI15/16V 則量化為7=7/8V。A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器取兩個(gè)離散電平中的相近值作為量化電平。取兩個(gè)離散電平中的相近值作為量化電平。量化誤差為量化誤差為1/2 =1/16V方式二：四舍五入量化方式（舍入量化方式）方式二：四舍五入量化方式（舍入量化方式） 在實(shí)際的在實(shí)際的ADC中，大多采用舍入量化方式。中，大多采用舍入量化方式。量化誤差隨著量化誤差隨著ADC的位數(shù)增加而減小。的位數(shù)增加而減小。34A/DA

17、/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器幾種典型幾種典型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 1、并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器（閃爍ADC） 2、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器3、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器5、型A/D轉(zhuǎn)換器4、流水線型A/D轉(zhuǎn)換器351.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)并行比較型并行比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸入電壓V87V86V81輸出數(shù)據(jù)并行ADC由電壓比較器、代碼轉(zhuǎn)換電路和寄存器三部分組成 只舍不入量化方式（截?cái)嗔炕绞剑┲簧岵蝗肓炕绞剑ń財(cái)嗔炕绞剑?6并行比較型并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（3位）電路圖位）電路圖CCCCCCC4CCCCO4CCCRRRRRRRR/2VREFVREFREFVVREFVREF15151515131131D

18、QQC11D1D碼QD(MSB)編1DQ先2QQQ1D1D優(yōu)C1器C11D01D(LSB)C11C1C1C1DICPv電壓比較器寄存器代碼轉(zhuǎn)換器O7O1O2O6O5O31762531234567IIIIIII7654321四舍五入量化方式（舍入量化方式）四舍五入量化方式（舍入量化方式） 37輸入模擬電壓寄存器狀態(tài)數(shù)字量輸出（代碼轉(zhuǎn)換器輸入）（代碼轉(zhuǎn)換器輸出）QQQQQQQ7654321DDD210vI15()15)(1515)(1515)(1515)(1515)(1515)(1515)(11033557799111113131VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF00

19、000011111111111110111001100110110111000100100000000100000001010011100101110111 并行比較型并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器真值表轉(zhuǎn)換器真值表382.特點(diǎn)特點(diǎn)并行比較型并行比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 并行ADC是一種極高速的ADC，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于50ns，因此一般不需要保持電路 并行ADC由于轉(zhuǎn)換速度高，常用于視頻信號和雷達(dá)信號的處理系統(tǒng)。最近幾年出現(xiàn)的軟件無線電技術(shù)，所用的高速ADC的轉(zhuǎn)換速率已達(dá)到數(shù)百至上千MSPS 391.工作原理工作原理逐次比較型逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器逐次逼近型ADC的工作原理很像用天平稱重

20、的過程 401.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)逐次比較型逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器由倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、比較器、SAR三部分組成。412.工作原理工作原理逐次比較型逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器+-逐位逼近寄存器（SAR）0d1d2d3dIvOv3D2D1D0DREFVCPDAC5V 3.4V CPd3d2d1d0vO比較結(jié)果比較結(jié)果處處 理理123410001100101010112.5V3.75V3.125V3.4375VvIvOvIvOvIvOvIvO（d3）1保留（d2）1不保留（d1）1保留（d0）1不保留101043210 vOt3.4V詳細(xì)描述見教材257頁42集成逐次比較型集成

21、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換ADC0809特點(diǎn)：特點(diǎn)：屬屬CMOS電路電路8路模擬輸入，路模擬輸入，8 bit 輸出輸出(3S門門)與常用與常用P兼容兼容采用逐次比較法，轉(zhuǎn)換時(shí)間約采用逐次比較法，轉(zhuǎn)換時(shí)間約100s 逐次比較型逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器43ADC0809逐次比較型逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器44雙積分型雙積分型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器屬于間接A/D轉(zhuǎn)換器。將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量分兩步進(jìn)行。 第一步：將電壓轉(zhuǎn)化為時(shí)間T，使T與輸入電壓成正比； 第二步：將時(shí)間T轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，使數(shù)字量與T成正比 1.基本原理基本原理45雙積分型雙積分型A/DA/D轉(zhuǎn)換器

22、轉(zhuǎn)換器S1vORC+ +-VREFvI- -A開關(guān)S1合到vI一側(cè) I10I1)(1vRCTdtRvCvTO開關(guān)S1接到VREF一側(cè) 012REFI10REFI12RCTVvRCTdtRVCvRCTvTOIREF12vVTT T1為常數(shù)，T2與vI成正比0vOtT1T2vI=VI1vI=VI2T2時(shí)段：固定時(shí)間積分時(shí)段：固定時(shí)間積分,到時(shí)結(jié)束到時(shí)結(jié)束時(shí)段：固定斜率積分，時(shí)段：固定斜率積分，過零結(jié)束過零結(jié)束第一步：將電壓轉(zhuǎn)化為時(shí)間第一步：將電壓轉(zhuǎn)化為時(shí)間T，使，使T與輸入電壓成正比與輸入電壓成正比 46C2TTDn雙積分型雙積分型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第二步：將時(shí)間第二步：將時(shí)間T2轉(zhuǎn)化為數(shù)字

23、量，使數(shù)字量與轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，使數(shù)字量與T2成正比成正比 &計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器CPT2數(shù)字量數(shù)字量47雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器電路轉(zhuǎn)換器電路它由積分器、過零比較器（它由積分器、過零比較器（C）、時(shí)鐘脈沖控制門（）、時(shí)鐘脈沖控制門（G）和定時(shí)器、）和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)器（FF0FFn）等幾部分組成。）等幾部分組成。C1nFFR1J1KC1n-1FFR1J1KC11FFR1J1KC10FFR1J1K1111ACRCvOvCTCS2n級計(jì)數(shù)器DDDn-110.（MSB）（LSB）數(shù)字量輸出Qn-1Q1Q0QnCR+A1ISVvREFSVB1CP&vG48（2）第一次第一次積分階段積分階

24、段工作原理：工作原理：（1）準(zhǔn)備階段）準(zhǔn)備階段t=0時(shí)，開關(guān)時(shí)，開關(guān)S1與與A端接通，端接通，輸入電壓輸入電壓vI加到積分器的輸加到積分器的輸入端。積分器從入端。積分器從0開始積分：開始積分：ooooTT12ttttT1T2vs1ovGvc+IvREFVvp12ott1t2vQn(a)(b)(c)(d)(e)tIOdtvv01計(jì)數(shù)器清零，計(jì)數(shù)器清零，積分電容放電，積分電容放電， vO=0V49由于由于vO0V，比較器輸出，比較器輸出vC=0，控制門，控制門G被關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止。被關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止。ICnIPVTVTV21dtVVtvttREFPO)(1)(21250在此階段結(jié)束時(shí)在此階段結(jié)束時(shí)vO

25、的表達(dá)式可寫為：的表達(dá)式可寫為：設(shè)設(shè)T2=t2t1，于是有：，于是有：設(shè)在此期間計(jì)數(shù)器所累計(jì)的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)為設(shè)在此期間計(jì)數(shù)器所累計(jì)的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)為，則：，則：可見，可見，T2與與VI成正比，成正比，T2就是雙積分就是雙積分A/D轉(zhuǎn)換過程的中間變量。轉(zhuǎn)換過程的中間變量。 上式表明，計(jì)數(shù)器中所計(jì)得的數(shù)上式表明，計(jì)數(shù)器中所計(jì)得的數(shù)（=Qn-1Q1Q0），與在取樣時(shí)間），與在取樣時(shí)間T1內(nèi)輸內(nèi)輸入電壓的平均值入電壓的平均值VI成正比。只要成正比。只要VIVREF，轉(zhuǎn)換器就能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)，轉(zhuǎn)換器就能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。字量。0)(1)(212dtVVtvttREFPOICnREFVTTV22T

26、2=TC IREFCnVVTT22IREFnCVVTT2251特點(diǎn)：特點(diǎn)：直接輸出直接輸出7段譯碼信號段譯碼信號7106驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)LCD；7107驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)LED十進(jìn)制十進(jìn)制3位半位半A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器雙積分型電路，內(nèi)含基準(zhǔn)源雙積分型電路，內(nèi)含基準(zhǔn)源 雙積分雙積分A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器集成雙積分型型集成雙積分型型A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換ICL7106/7107 52ICL7107ICL7107構(gòu)成直流電壓表構(gòu)成直流電壓表雙積分型雙積分型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器個(gè)、十、百位使用完整的個(gè)、十、百位使用完整的LEDLED千位只能顯示千位只能顯示“1 1”，不顯示，不顯示“0 0”符號和千位合用一個(gè)符號和千位合用

27、一個(gè)LEDLED5354各種各種ADCADC的優(yōu)缺點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)n并行轉(zhuǎn)換式并行轉(zhuǎn)換式ADC：速度最快速度最快，但成本最高。，但成本最高。 n逐次逼近式逐次逼近式ADC：轉(zhuǎn)換速度和精度都比較高，：轉(zhuǎn)換速度和精度都比較高，且比較簡單，價(jià)格低，所以在微型機(jī)應(yīng)用系且比較簡單，價(jià)格低，所以在微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用。統(tǒng)中最常用。 n雙積分式雙積分式ADC：轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，：轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，但轉(zhuǎn)換速度慢，一般應(yīng)用在精度高而速度不但轉(zhuǎn)換速度慢，一般應(yīng)用在精度高而速度不高的場合，如測量儀表。高的場合，如測量儀表。 54練習(xí)題下列A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最高的是（ ）A、積分型A/D轉(zhuǎn)換器 B、逐

28、次漸進(jìn)型A/D轉(zhuǎn)換器C、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 D、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器練習(xí)題57主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)n精度精度 量化間隔量化間隔(分辨率分辨率) = Vmax/電平數(shù)電平數(shù)(即滿量程值即滿量程值) 例：某例：某8位位ADC的滿量程電壓為的滿量程電壓為5V，則其分辨率為，則其分辨率為 5V/256=19.5mV 量化誤差量化誤差: 用數(shù)字（離散）量表示連續(xù)量時(shí)，由于數(shù)字量用數(shù)字（離散）量表示連續(xù)量時(shí)，由于數(shù)字量字長有限字長有限而無法精確地表示連續(xù)量所造成的誤差。而無法精確地表示連續(xù)量所造成的誤差。(字長字長越長，精度越高越長，精度越高) 絕對量化誤差絕對量化誤差 = 量化間隔量化間隔/2

29、= (滿量程電壓滿量程電壓/(2n)/2 相對量化誤差相對量化誤差 = (1/2) * (1/量化電平數(shù)目量化電平數(shù)目 )* 100% 例：滿量程電壓例：滿量程電壓=10V，A/D變換器位數(shù)變換器位數(shù)=10位，則位，則 絕對量化誤差絕對量化誤差 10/211 = 4.88mV 相對量化誤差相對量化誤差 1/211 *100% = 0.049%57（1 1）分辨率：）分辨率：指指A/DA/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的最小電壓轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的最小電壓 ，是反映是反映A/D轉(zhuǎn)換器對最小模擬輸入值的敏感度轉(zhuǎn)換器對最小模擬輸入值的敏感度 所以分辨率一般表示式為：所以分辨率一般表示式為： 分辨率分辨率=

30、Vref/2=Vref/2位數(shù)位數(shù)（單極性）（單極性） 或或 分辨率分辨率= =（V+ref-V-ref)/2V+ref-V-ref)/2位數(shù)位數(shù)（雙極性）（雙極性） 分辨率通常是用分辨率通常是用A/D的位數(shù)來表示，比如的位數(shù)來表示，比如 8位、位、10位、位、12位位等等 所以，所以， A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量越多。其分辨率越高。轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量越多。其分辨率越高。 如如：8 8為為ADCADC滿量程為滿量程為5V,5V,則分辨率為則分辨率為5000mV/256=20mV5000mV/256=20mV， 也就也就是說當(dāng)模擬電壓小于是說當(dāng)模擬電壓小于20mV20mV，ADCADC就不能轉(zhuǎn)換了

31、就不能轉(zhuǎn)換了A/DA/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)58（2 2）轉(zhuǎn)換時(shí)間：）轉(zhuǎn)換時(shí)間：指從輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定指從輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出的時(shí)間。一般轉(zhuǎn)換速度越快越好（特別是動(dòng)態(tài)的數(shù)字量輸出的時(shí)間。一般轉(zhuǎn)換速度越快越好（特別是動(dòng)態(tài)信號采集）。常見有：信號采集）。常見有： 超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間1ns1ns）、高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間）、高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間11s s）、）、 中中 速（轉(zhuǎn)換時(shí)間速（轉(zhuǎn)換時(shí)間1ms1ms） 低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間1s)1s)等。等。 如果采集對象是動(dòng)態(tài)連續(xù)信號，要求如果采集對象是動(dòng)態(tài)連續(xù)信號，要求f f采采2 f2 f

32、信信，也就是，也就是說必須在信號的一個(gè)周期內(nèi)采集說必須在信號的一個(gè)周期內(nèi)采集2 2個(gè)以上的數(shù)據(jù)，才能保證個(gè)以上的數(shù)據(jù)，才能保證信號形態(tài)被還原（避免出現(xiàn)信號形態(tài)被還原（避免出現(xiàn)“假頻假頻”），這就是），這就是“最小采樣最小采樣”原理。若原理。若f f信信=20kHz=20kHz，則，則f f采采 40kHz40kHz，其轉(zhuǎn)換時(shí)間要求，其轉(zhuǎn)換時(shí)間要求2525s.s.A/DA/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)59（4 4）線性度：）線性度：當(dāng)模擬量變化時(shí)，當(dāng)模擬量變化時(shí)，A/DA/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量 按比例變化的程度按比例變化的程度（5 5）量程：）量程： 指能夠轉(zhuǎn)換的電壓的范

33、圍：指能夠轉(zhuǎn)換的電壓的范圍：0 05V5V，0 010V10V（3 3）精度：精度：有絕對精度和相對精度有絕對精度和相對精度 絕對精度絕對精度 指定應(yīng)于一個(gè)給定的數(shù)字量的實(shí)際模擬指定應(yīng)于一個(gè)給定的數(shù)字量的實(shí)際模擬 量輸入與理論模擬量輸入之差。量輸入與理論模擬量輸入之差。 相對精度相對精度 指在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)任一數(shù)字量所對應(yīng)指在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)任一數(shù)字量所對應(yīng) 的模擬量實(shí)際值與理論值之差的模擬量實(shí)際值與理論值之差 通常也用最小有效位的分?jǐn)?shù)表示。通常也用最小有效位的分?jǐn)?shù)表示。 A/DA/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)60集成集成A/DA/D轉(zhuǎn)換器的選擇轉(zhuǎn)換器的選擇1.待轉(zhuǎn)換模擬信號待轉(zhuǎn)換模擬信號vi的性質(zhì)：的性質(zhì)：格式：單端或差動(dòng)；格式：單端或差動(dòng)；變化范圍變化范圍 包括最大值和最小值；包括最大值和最小值； 單極性和雙極性、正負(fù)對稱還是不對稱等；單極性和雙極性、正負(fù)對稱還是不對稱等；變化速率：信號頻譜的最高有效頻率分量；變化速率：信號頻譜的最高有效頻率分量； 61集成集成A/DA/D轉(zhuǎn)換器的選擇轉(zhuǎn)換器的選擇2.系統(tǒng)對分辨率、線性度、相對精度以及轉(zhuǎn)換時(shí)間的要求 3.芯片對參考電壓VREF的要求和系統(tǒng)滿足這一要求的可能性；4.系統(tǒng)對ADC輸出數(shù)字量的要求，包括碼制及格式、輸出電平 和輸出方式（三態(tài)、緩沖或鎖存等）；5.ADC芯片需要的控制信號及時(shí)序關(guān)系；6.ADC環(huán)境條件；