第九章 DAC、ADCZHAO

1、2022-2-15東北大學信息學院1第第9章章 數(shù)數(shù)/模和模模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換9.1 數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC) 把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過程稱作數(shù)把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過程稱作數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，簡模轉(zhuǎn)換器，簡 稱稱DAC（Digital to Analog Converter）。）。 9.2模模/數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過程稱為模將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過程稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換,簡稱簡稱A/D轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路被稱之為模轉(zhuǎn)換的電路被稱之為模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱器，簡稱ADC(Analog to Digital Converter)。9.3 A/D

2、轉(zhuǎn)換器應用舉例轉(zhuǎn)換器應用舉例2022-2-15東北大學信息學院29.1 數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)DAC的輸入是數(shù)字信號。它可以是任何一的輸入是數(shù)字信號。它可以是任何一種編碼，常用的是二進制碼。輸入可以是種編碼，常用的是二進制碼。輸入可以是正數(shù)，也可以是負數(shù)，通常是無符號的二正數(shù)，也可以是負數(shù)，通常是無符號的二進制數(shù)。如圖為進制數(shù)。如圖為D/A轉(zhuǎn)換框圖。轉(zhuǎn)換框圖。d0d1d2d3DACvODAC框圖框圖2022-2-15東北大學信息學院3DAC輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比。若比例輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比。若比例系數(shù)為系數(shù)為1，則，則4位位DAC輸入二進制數(shù)可以是輸入二進制數(shù)可

3、以是00001111，輸出模擬量的大小相應為，輸出模擬量的大小相應為015。DAC的輸出有電流和電壓之分。以電流輸出為例。的輸出有電流和電壓之分。以電流輸出為例。4位二進制數(shù)的展開式：位二進制數(shù)的展開式：A=a323+a222+a121+a020在比例系數(shù)為在比例系數(shù)為1的前提下，輸出電流的表達式為：的前提下，輸出電流的表達式為：Iout=a323I0+a222I0+a121I0+a020I09.1 數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)2022-2-15東北大學信息學院4如圖示原理圖。圖中開關如圖示原理圖。圖中開關Si受數(shù)字量中第受數(shù)字量中第i位數(shù)控制，位數(shù)控制，當當ai=1時，時，Si閉合，而閉

4、合，而ai=0時，時，Si斷開。電流源的值斷開。電流源的值與二進制數(shù)的權值相同。這樣，與二進制數(shù)的權值相同。這樣，A=0001時，時，Iout=I0；A=0011時，時，Iout=3I0。8I0S34I0S22I0S11I0S0IoutDAC轉(zhuǎn)換原理圖轉(zhuǎn)換原理圖9.1 數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)如何得到？如何得到？2022-2-15東北大學信息學院59.1.1 二進制權電阻二進制權電阻DACRVaRVaRVaRVai3REF02REF11REF20REF3I2222 )2222(2001122333REF aaaaRV 303REF22iiiaRV2022-2-15東北大學信息學院6n位

5、權電阻位權電阻DAC有：有：)22.22(200112n2n1n1n1nREFI aaaaRViFFoRiv 10ii1REF22ninaRV10ii1REF22ninFaRRV2022-2-15東北大學信息學院79.1.2 R-2R倒倒T型電阻網(wǎng)絡型電阻網(wǎng)絡DACiAiBiCi3i2i1i0VREFS3S2S1S0iFIR16RFvoRRR2R2R2R2R2RA-+iI11110000圖圖9-2 倒倒T型電阻網(wǎng)絡型電阻網(wǎng)絡DACABCDIR=VREFRRVIREFR RVi2REF3 RVii42REF32 RVii82REF21 RVii162REF10 2022-2-15東北大學信息學院

6、8由上述分析可寫出圖由上述分析可寫出圖9-2各支路的電流為各支路的電流為 ：0R1R2R3RIF16842aIaIaIaIii )2222(2001122334REF aaaaRV 304REF22iiiaRV2022-2-15東北大學信息學院9對于對于n位權電阻位權電阻DAC)22.22(200112n2n1n1nnREFI aaaaRVi 10iinREF22niaRV 10iinFREFFFO22niaRRVRiv2022-2-15東北大學信息學院10例例9-1已知倒已知倒T型電阻網(wǎng)絡型電阻網(wǎng)絡DAC的的RF=R，VREF=10V，試分別求出四位和八位，試分別求出四位和八位DAC的最小的

7、最小(只有數(shù)字信號最低位為只有數(shù)字信號最低位為1)輸出電輸出電壓壓VOmin。2022-2-15東北大學信息學院11解：四位解：四位DAC的最小輸出電壓為：的最小輸出電壓為：八位八位DAC的最小輸出電壓為：的最小輸出電壓為：FFOminRiv VRRaRRVni039. 0121022810iinFREF FFOminRiv VRRaRRVnin625. 0121022410iiFREF 2022-2-15東北大學信息學院12例例9-2已知倒已知倒T型電阻網(wǎng)絡型電阻網(wǎng)絡DAC的的RF=R，VREF=10V，試分別求出四位和八位，試分別求出四位和八位DAC的最大的最大(各位數(shù)字信號都為各位數(shù)字信

8、號都為1)輸出電壓輸出電壓VOmax。2022-2-15東北大學信息學院13解：四位解：四位DAC的最大輸出電壓為：的最大輸出電壓為：VRRaRRVRivni375.9)12(210224410iinFREFFFOmax 八位八位DAC的最大輸出電壓為：的最大輸出電壓為：VRRaRRVRivni96. 9)12(210228810iinFREFFFOmax 2022-2-15東北大學信息學院14例例9-3已知倒已知倒T型電阻網(wǎng)絡型電阻網(wǎng)絡DAC的的RF=2R，VREF=10V，試分別求出四位和八位，試分別求出四位和八位DAC的最小輸出電壓的最小輸出電壓VOmin。2022-2-15東北大學信息

9、學院15解：四位解：四位DAC的最小輸出電壓為：的最小輸出電壓為：VRRaRRVnin25. 11221022410iiFREF FFOminRiv 八位八位DAC的最小輸出電壓為：的最小輸出電壓為：FFOminRiv VRRaRRVnin078. 01221022810iiFREF 2022-2-15東北大學信息學院16結論結論比較上述三例，在比較上述三例，在VREF和和RF相同條件下，相同條件下，位數(shù)越多，輸出最小電壓越小，輸出最位數(shù)越多，輸出最小電壓越小，輸出最大電壓越大；在大電壓越大；在VREF和位數(shù)相同條件下，和位數(shù)相同條件下，RF越大，則輸出電壓越大。越大，則輸出電壓越大。2022

10、-2-15東北大學信息學院179.1.3 DAC的主要技術指標的主要技術指標分辨率：分辨率：DAC所能分辨的最小輸出電所能分辨的最小輸出電壓與滿刻度輸出電壓之比。壓與滿刻度輸出電壓之比。最小輸出電壓是指輸入數(shù)字量只有最低最小輸出電壓是指輸入數(shù)字量只有最低有效位為有效位為1時的輸出電壓；最大輸出電壓時的輸出電壓；最大輸出電壓是指輸入數(shù)字量各位全為是指輸入數(shù)字量各位全為1時的輸出電壓。時的輸出電壓。121n 分辨率分辨率n越大，分辨率越越大，分辨率越小，在相同條件下小，在相同條件下輸出的最小電壓越輸出的最小電壓越小。小。2022-2-15東北大學信息學院189.1.3 DAC的主要技術指標的主要技

11、術指標轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差常用滿刻度轉(zhuǎn)換誤差常用滿刻度FSR(Full Scale)的百分的百分數(shù)來表示。數(shù)來表示。如如AD7520的線性誤差為的線性誤差為0.05%FSR，即轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)換誤差等于滿刻度的萬分之五。換誤差等于滿刻度的萬分之五。有時轉(zhuǎn)換誤差用最低有效位有時轉(zhuǎn)換誤差用最低有效位LSB (Least Significant Bit) 的倍數(shù)表示。的倍數(shù)表示。2022-2-15東北大學信息學院19如如DAC的轉(zhuǎn)換誤差等于的轉(zhuǎn)換誤差等于1/2LSB，表示輸出電壓的，表示輸出電壓的絕對誤差為最低有效位（絕對誤差為最低有效位（LSB）為）為1時輸出電壓的時輸出電壓的一半。一半。DAC產(chǎn)生誤

12、差的主要原因有：參考電壓產(chǎn)生誤差的主要原因有：參考電壓VREF的波的波動、運算放大器的零點漂移、電阻網(wǎng)絡電阻值的偏動、運算放大器的零點漂移、電阻網(wǎng)絡電阻值的偏差等。差等。分辨率和轉(zhuǎn)換誤差共同決定了分辨率和轉(zhuǎn)換誤差共同決定了DAC的精度。要想的精度。要想DAC的精度高，不僅要選位數(shù)高的的精度高，不僅要選位數(shù)高的DAC，還要選，還要選用穩(wěn)定度高的基準電壓源和低漂移的運算放大器與用穩(wěn)定度高的基準電壓源和低漂移的運算放大器與其配合。其配合。9.1.3 DAC的主要技術指標的主要技術指標2022-2-15東北大學信息學院20建立時間建立時間建立時間是指數(shù)字信號由全建立時間是指數(shù)字信號由全1變?nèi)內(nèi)?或由

13、全或由全0變?nèi)內(nèi)?時，模擬信號電壓或電流達到穩(wěn)態(tài)時，模擬信號電壓或電流達到穩(wěn)態(tài)值所需要的時間。建立時間短說明值所需要的時間。建立時間短說明DAC的的轉(zhuǎn)換速度快。轉(zhuǎn)換速度快。9.1.3 DAC的主要技術指標的主要技術指標2022-2-15東北大學信息學院21例例9-4 若若DAC的最大輸出電壓為的最大輸出電壓為10V，要想使轉(zhuǎn)換，要想使轉(zhuǎn)換誤差在誤差在10mV以內(nèi)，應選多少位以內(nèi)，應選多少位DAC？解：要想轉(zhuǎn)換誤差在解：要想轉(zhuǎn)換誤差在10mV以內(nèi)，就必須能分辨出以內(nèi)，就必須能分辨出10mV電壓。就是說分辨率必須小于電壓。就是說分辨率必須小于根據(jù)分辨率可以表示根據(jù)分辨率可以表示DAC的精度這一結

14、論，至少的精度這一結論，至少需要需要10位位DAC，若考慮其它因素，需選，若考慮其它因素，需選12位位DAC。9.1.3 DAC的主要技術指標的主要技術指標100011010103 2022-2-15東北大學信息學院22DAC電路都做成集成電路供使用者選擇。電路都做成集成電路供使用者選擇。按按DAC輸出方式分為電流輸出輸出方式分為電流輸出DAC和電壓和電壓輸出輸出DAC。DAC的芯片型號繁多，常用的有并行輸入的芯片型號繁多，常用的有并行輸入的的DAC0832、串行輸入的、串行輸入的AD7543等，下面等，下面介紹介紹DAC0832。9.1.4 集成集成DAC2022-2-15東北大學信息學院2

15、3電路結構：電路結構：DAC0832是美國國家半導體公司生是美國國家半導體公司生產(chǎn)的電流輸出型八位數(shù)產(chǎn)的電流輸出型八位數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路，它也可以連成模轉(zhuǎn)換電路，它也可以連成電壓輸出型。可以直接與微處理器相連而不需要加電壓輸出型?？梢灾苯优c微處理器相連而不需要加I/O接口。采用接口。采用CMOS工藝制成的工藝制成的20腳雙列直插式八腳雙列直插式八位位D/A轉(zhuǎn)換器。其結構框圖如圖轉(zhuǎn)換器。其結構框圖如圖9-3(a)所示。所示。9.1.4 集成集成DAC2022-2-15東北大學信息學院24雙緩沖方式雙緩沖方式2022-2-15東北大學信息學院25DAC0832采用采用T型電阻解碼網(wǎng)絡，用電流輸型電阻解

16、碼網(wǎng)絡，用電流輸出工作方式時，接成倒出工作方式時，接成倒T型網(wǎng)絡，如圖型網(wǎng)絡，如圖9-4(a)所示。所示。 9.1.4 集成集成DACR2R01R2R01R2R01R2R01R2R01R2R01R2R012R2R01VREFIO1IO2(MSB)(LSB)(a)電流型開關電流型開關 70ii8REFO122iaRVI)122(270ii88REFO2 iaRVI2022-2-15東北大學信息學院269.1.4 集成集成DAC用電壓方式工作時，參考電壓接到一個電流輸出用電壓方式工作時，參考電壓接到一個電流輸出端端(二進制原碼接二進制原碼接IO1端，反碼接端，反碼接IO2端端)，輸出電壓，輸出電壓

17、從原來的從原來的VREF端得到，如圖端得到，如圖9-4(b)所示。所示。R2R01R2R01R2R01R2R01R2R01R2R01R2R012R2R01VOIO1IO2(MSB)(LSB)(b)電壓型開關電壓型開關11VREF為了減小輸出電阻，增加驅(qū)動能力，通常用運為了減小輸出電阻，增加驅(qū)動能力，通常用運算放大器作緩沖。算放大器作緩沖。2022-2-15東北大學信息學院279.1.5 D/A轉(zhuǎn)換器應用舉例轉(zhuǎn)換器應用舉例可編程增益控制放大器可編程增益控制放大器可編程增益控制放大器如圖可編程增益控制放大器如圖9-5所示。所示。四線四線-十線譯碼器十線譯碼器2R2RR2RR2RR2RR2RR982

18、10-+AVOVIIiIfa10a9a3a2a1數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入AD7520BCD數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入a1=1：IO=21Iia2=1：IO=22Iia3=1：IO=23Iia4=1：IO=24Ii a5=1：IO=25Iia6=1：IO=26Ii a7=1：IO=27Iia8=1：IO=28Ii a9=1：IO=29Iia10=1：IO=210Ii 其中：其中：Ii=Vi/R )2222(291821901010Of aaaaRVI)2222(1010992211O aaaaRVRVaaaaRVi1010992211O)2222( fiiIRVI 1010992211iOV22221 aaaaV

19、VA1nV2 A2022-2-15東北大學信息學院289.2 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)模模/數(shù)數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換是把模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是把模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換為與之成正比的數(shù)字量。為與之成正比的數(shù)字量。一般一般A/D轉(zhuǎn)換需經(jīng)采樣、保持、量化、編轉(zhuǎn)換需經(jīng)采樣、保持、量化、編碼四個步驟。碼四個步驟。其中采樣和保持由采樣保持電路完成，其中采樣和保持由采樣保持電路完成，量化與編碼在轉(zhuǎn)換過程中同時完成。量化與編碼在轉(zhuǎn)換過程中同時完成。2022-2-15東北大學信息學院299.2.1 幾個基本概念幾個基本概念采樣與保持采樣與保持采樣就是按一定時間間隔采集模擬信號。采樣就是按一定時間間隔采集模擬信號

20、。由于由于A/D轉(zhuǎn)換需要時間，所以采樣得到的轉(zhuǎn)換需要時間，所以采樣得到的“樣值樣值”在在A/D轉(zhuǎn)換期間就不能改變，因轉(zhuǎn)換期間就不能改變，因此對采樣得到的信號此對采樣得到的信號“樣值樣值”就需要保持就需要保持一段時間，直到下一次采樣。一段時間，直到下一次采樣。2022-2-15東北大學信息學院309.2.1 幾個基本概念幾個基本概念采樣與保持采樣與保持CSvIvSvC(a)電路示意圖電路示意圖vOvO0tvIvI0tvS(b)波形圖波形圖2022-2-15東北大學信息學院31采樣定理采樣定理采樣定理：只有當采樣頻率大于模擬信號最采樣定理：只有當采樣頻率大于模擬信號最高頻率分量的高頻率分量的2倍倍

21、 (fS2fmax)時，所采集的信時，所采集的信號樣值才能不失真地反映原來模擬信號的變號樣值才能不失真地反映原來模擬信號的變化規(guī)律?；?guī)律。因為任何一個模擬信號都可以看作是由若干因為任何一個模擬信號都可以看作是由若干個不同頻率的正弦信號疊加而成，所以用圖個不同頻率的正弦信號疊加而成，所以用圖9-8所示電路說明采樣定理的物理意義。所示電路說明采樣定理的物理意義。2022-2-15東北大學信息學院32(a)vfS2fAfS2fAv(b)fS=2fA(c)vfS=2fA(d)v采樣定理的物理意義采樣定理的物理意義2022-2-15東北大學信息學院33fS2fAv(e)fS2fA(f)v從給定的一組采

22、樣值中得到兩種不同頻從給定的一組采樣值中得到兩種不同頻率的正弦波稱作混疊率的正弦波稱作混疊(alias)。混疊將導致模糊?；殳B將導致模糊。采樣定理的物理意義采樣定理的物理意義2022-2-15東北大學信息學院34常用的幾種采樣保持電路常用的幾種采樣保持電路采樣保持電路種類很多，圖采樣保持電路種類很多，圖9-9是三種常是三種常用的采樣保持電路。用的采樣保持電路。vO(t)vI(t)vS(t)T-+A(a)基本采樣保持電路基本采樣保持電路C2022-2-15東北大學信息學院35常用的幾種采樣保持電路常用的幾種采樣保持電路采樣保持電路種類很多，圖采樣保持電路種類很多，圖9-9是三種常是三種常用的采樣

23、保持電路。用的采樣保持電路。vO(t)vI(t)vS(t)T-+A2(b)高輸入阻抗的采樣保持電路高輸入阻抗的采樣保持電路C-+A12022-2-15東北大學信息學院36常用的幾種采樣保持電路常用的幾種采樣保持電路采樣保持電路種類很多，圖采樣保持電路種類很多，圖9-9是三種常是三種常用的采樣保持電路。用的采樣保持電路。vO(t)vS(t)T-+A(c)R2CTC的采樣保持電路的采樣保持電路R1R2C2022-2-15東北大學信息學院37量化與編碼量化與編碼任何一個數(shù)字量的大小只能是規(guī)定的最小任何一個數(shù)字量的大小只能是規(guī)定的最小數(shù)量的整數(shù)倍，而不能是小數(shù)。因此對采數(shù)量的整數(shù)倍，而不能是小數(shù)。因此

24、對采樣保持得到的信號要用近似的方法進行取樣保持得到的信號要用近似的方法進行取值。近似的過程就是量化。值。近似的過程就是量化。例如滿刻度為例如滿刻度為15mV的模擬電壓用的模擬電壓用0001表表示示1mV，1111表示表示15mV。而而1.5mV是用是用0001還是用還是用0010 來表示呢？來表示呢？這要根據(jù)量化方法而定。這要根據(jù)量化方法而定。2022-2-15東北大學信息學院38兩種量化方法兩種量化方法如果把數(shù)字量的最低有效位的如果把數(shù)字量的最低有效位的1所代表的所代表的模擬量大小叫做量化單位，用模擬量大小叫做量化單位，用表示。表示。對于小于對于小于的信號有兩種處理方法，即兩的信號有兩種處理

25、方法，即兩種量化方法：種量化方法：只舍不入法：將不夠量化單位的值舍掉。只舍不入法：將不夠量化單位的值舍掉。有舍有入法有舍有入法(四舍五入法四舍五入法)：將小于：將小于/2的值的值舍去，小于舍去，小于而大于而大于/2的值視為數(shù)字量的值視為數(shù)字量。只舍不入法的量化誤差為只舍不入法的量化誤差為；而有舍有入；而有舍有入法的量化誤差為法的量化誤差為/2。2022-2-15東北大學信息學院39編碼編碼(a)最大誤差為最大誤差為1/2LSB(b)最大誤差為最大誤差為LSB圖圖9-10三位標準二進制三位標準二進制ADC的輸出電壓特性的輸出電壓特性代表的模代表的模擬電壓擬電壓編碼編碼代表的模代表的模擬電壓擬電壓

26、2022-2-15東北大學信息學院409.2.2 并行比較并行比較ADC并行比較并行比較ADC的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換速度快，精度取決于的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換速度快，精度取決于電平的劃分。電平的劃分。量化單位越小，即量化單位越小，即ADC的位數(shù)越多，精度越高。的位數(shù)越多，精度越高。n位并行比較位并行比較ADC所用比較器的個數(shù)為所用比較器的個數(shù)為2n-1個，個，所以位數(shù)每增加一位，比較器的個數(shù)就要增加一所以位數(shù)每增加一位，比較器的個數(shù)就要增加一倍。倍。八位并行比較八位并行比較ADC，需，需28-1=255個電壓比較器，個電壓比較器，255個個D觸發(fā)器。這使觸發(fā)器。這使ADC電路很復雜。所以很電路很復雜。所以很少采用。

27、少采用。2022-2-15東北大學信息學院41I0I1I2I3I4I5I6I7EIA0A1A274148+-+-+-+-+-+-+-1k1k1k1k1k1k1k1k1kVIVREF=+8V6V7V5V4V3V2V1V7654321V+V-數(shù)數(shù)字字輸輸出出圖圖9-11并行并行ADC原理圖原理圖2022-2-15東北大學信息學院429.2.3 反饋比較式反饋比較式ADC反饋比較式反饋比較式A/D轉(zhuǎn)換與天平稱量重物原理類似。轉(zhuǎn)換與天平稱量重物原理類似。例如，用量程為例如，用量程為15g的天平稱一重物可以用兩的天平稱一重物可以用兩種方法：一是用每個重種方法：一是用每個重1g的的15個砝碼對重物進個砝碼

28、對重物進行稱量，每次加一只砝碼直至天平平衡為止。行稱量，每次加一只砝碼直至天平平衡為止。二是用二是用8g、4g、2g、1g四只砝碼對重物進行稱四只砝碼對重物進行稱量。每次可以加量。每次可以加8g、4g、2g或或1g進行比較。進行比較。基于上述兩種比較方法，基于上述兩種比較方法，ADC有計數(shù)型有計數(shù)型A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換（同第一種比較方法）和逐次逼近型換（同第一種比較方法）和逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換（同第二種比較方法）。換（同第二種比較方法）。2022-2-15東北大學信息學院43計數(shù)型計數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換圖圖9-12是計數(shù)型是計數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器，由一個計數(shù)器、轉(zhuǎn)換器，由一個計數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換器及比較器等

29、組成。轉(zhuǎn)換器及比較器等組成。CLRVREFD0D1D2D3D4D5 D6D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5 Q6Q7vIvO+- 八位八位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器八位計數(shù)器八位計數(shù)器啟動開關啟動開關八八D觸觸發(fā)發(fā)器器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸出出時鐘時鐘10k+5VCP圖圖9-12 計數(shù)器計數(shù)器ADC&缺點是速度慢。待轉(zhuǎn)缺點是速度慢。待轉(zhuǎn)換的模擬電壓越大，換的模擬電壓越大，所用時間越長。例如，所用時間越長。例如，八位計數(shù)器若計到八位計數(shù)器若計到255，需要需要255個時鐘周期。個時鐘周期。 2022-2-15東北大學信息學院44逐次逼近型逐次逼近型ADC逐次逼近（逐次比較）逐次逼近（逐次比較）ADC與計數(shù)型與計

30、數(shù)型ADC 工作原理類似，也是由內(nèi)部產(chǎn)生一工作原理類似，也是由內(nèi)部產(chǎn)生一個數(shù)字量送給個數(shù)字量送給DAC，DAC輸出的模擬量輸出的模擬量與輸入的模擬量進行比較。與輸入的模擬量進行比較。當二者匹配時，其數(shù)字量恰好與待轉(zhuǎn)換當二者匹配時，其數(shù)字量恰好與待轉(zhuǎn)換的模擬信號相對應。的模擬信號相對應。逐次逼近型逐次逼近型ADC與計數(shù)型與計數(shù)型ADC的區(qū)別在的區(qū)別在于逐次逼近于逐次逼近ADC是采用自高位到低位逐是采用自高位到低位逐次比較計數(shù)的方法。次比較計數(shù)的方法。2022-2-15東北大學信息學院45Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0D6D7D5D4D3D2D1D0vOVREFvI+-CPCPDRSTRTMSB

31、LSB逐次比較寄存器逐次比較寄存器SAR時鐘時鐘八位八位DAC 輸出輸出寄存器寄存器數(shù)數(shù)字字輸輸出出圖圖9-13逐次逼近型逐次逼近型ADC的框圖的框圖2022-2-15東北大學信息學院46將將vI=6.84V輸入電輸入電壓轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)壓轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)表表9-1 DAC各位對應的輸入電壓各位對應的輸入電壓DAC輸入輸入DAC輸出輸出(V)D7 D6D5D4 D3D2D1D05.00002.50001.25000.62500.31250.156250.0781250.03906252022-2-15東北大學信息學院4710s2589107643100.005.00007.50006.25006.

32、87506.56256.718756.7968756.835937580stvOD7D6D5D4D3D2D1D0DRSTRTCP10101111結束結束開始開始圖圖9-14 逐次逼近逐次逼近ADC波形圖波形圖2022-2-15東北大學信息學院48逐次逼近逐次逼近ADC具有以下特點：具有以下特點：具有較高的轉(zhuǎn)換速度。具有較高的轉(zhuǎn)換速度。t=(n+2)TC ， 其中其中TC為時鐘周期。為時鐘周期。轉(zhuǎn)換精度主要取決于比較器的靈敏度轉(zhuǎn)換精度主要取決于比較器的靈敏度和和DAC的精度。的精度。轉(zhuǎn)換的抗干擾特性較差。轉(zhuǎn)換的抗干擾特性較差。2022-2-15東北大學信息學院499.2.4 雙積分雙積分ADC雙

33、積分雙積分ADC是一種間接的轉(zhuǎn)換方法，模擬是一種間接的轉(zhuǎn)換方法，模擬電壓首先被轉(zhuǎn)換為時間間隔，然后通過計電壓首先被轉(zhuǎn)換為時間間隔，然后通過計數(shù)器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。數(shù)器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。2022-2-15東北大學信息學院50vO0 vC=“1”vO0 vC=“0”計數(shù)器計數(shù)器S2+_+_QQ1J1KFn1QQ1J1KFn-11QQ1J1KF11QQ1J1KF01CRCS1vIvOvCCP&MSBLSB-VREFC1C1C1C1如圖為雙積分如圖為雙積分ADC的原理圖。的原理圖。2022-2-15東北大學信息學院51積分器的工作原理積分器的工作原理vC初始時為初始時為0，則，則 dt1dt1dt1I

34、IFCOvRCRvCiCvv一個理想的積分器是：當有輸入信號時，一個理想的積分器是：當有輸入信號時，積分器進行積分運算，積分器進行積分運算，vI=0，vO保持。保持。0vItvOt保持保持2022-2-15東北大學信息學院52t1t2vOtvCttRCvI-tCP(D)tRCvI-(t-t1)RCVREF+tCP(a)積分器輸出波形積分器輸出波形(b)比較器輸出波形比較器輸出波形(c)CP脈沖波形脈沖波形(d)計數(shù)器第二次計的輸入脈沖計數(shù)器第二次計的輸入脈沖圖圖9-16雙積分雙積分ADC的工作波形圖的工作波形圖2nD積分器的工作原理積分器的工作原理2022-2-15東北大學信息學院53則由圖可

35、知，則由圖可知，0t1這段時間這段時間S1接接vI。若。若vI為常數(shù)，為常數(shù)，這段時間內(nèi)積分器的輸出為：這段時間內(nèi)積分器的輸出為：因為因為t1時刻恰好為計數(shù)器計滿時刻恰好為計數(shù)器計滿2n個脈沖的時間。個脈沖的時間。若脈沖周期為若脈沖周期為TC，則，則t1=2nTC，代入上式得：，代入上式得：積分器的工作原理積分器的工作原理CI1O2)(TRCvtvn 1I1O)(tRCvtv t1以后，開關以后，開關S1接接-VREF，積分器輸出為：，積分器輸出為：2022-2-15東北大學信息學院54積分器的工作原理積分器的工作原理)()()(1REF1OOttRCVtvtv t=t2時刻，時刻，vO=0，

36、停止計數(shù)。所以，停止計數(shù)。所以t=t2時刻上式可時刻上式可寫作：寫作：)(21REFCIttRCVTRCvn )(2012REFCIttRCVTRCvn 2022-2-15東北大學信息學院55積分器的工作原理積分器的工作原理CREFCI2TDRCVTRCvn 若計數(shù)器所計脈沖個數(shù)為若計數(shù)器所計脈沖個數(shù)為D，則上式可寫作：，則上式可寫作： IREF2vVDn 由上述分析可知，雙積分由上述分析可知，雙積分ADC完成一次轉(zhuǎn)換所需完成一次轉(zhuǎn)換所需時間為：時間為：Cn)2(TDT 2022-2-15東北大學信息學院56雙積分雙積分ADC具有以下特點：具有以下特點：具有很強的抑制交流干擾信號的能力。尤其具有很強的抑制交流干擾信號的能力。尤其是對工頻干擾，如果轉(zhuǎn)換周期選擇得合適（例是對工頻干擾，如果轉(zhuǎn)換周期選擇得合適（例如如2nTC為工頻電壓周期的整數(shù)倍），從理論上為工