數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)演示文稿第8章

1、鏈接演示文稿主頁(yè)面第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器第第 8 章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 概述概述本章小結(jié)本章小結(jié)A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.1 概述概述 主要要求：主要要求： 理解數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的概念和作用。理解數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的概念和作用。 第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)一、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用一、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用 模擬模擬傳感器傳感器生產(chǎn)過(guò)程控制對(duì)象生產(chǎn)過(guò)程控制對(duì)象 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字控制數(shù)字控制計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 模擬模擬控制器控制器 由

2、此可見(jiàn)，模擬由此可見(jiàn)，模擬- -數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字?jǐn)?shù)字- -模擬轉(zhuǎn)換器是數(shù)模擬轉(zhuǎn)換器是數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)相互聯(lián)系的橋梁，是數(shù)字系統(tǒng)中不可缺字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)相互聯(lián)系的橋梁，是數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。少的組成部分。第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過(guò)程。是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過(guò)程。 實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器。實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 Digital - Analog Converter，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 D / A 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過(guò)程。是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過(guò)程。 實(shí)

3、現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器。實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 Analog - Digital Converter，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 A / D 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 常見(jiàn)常見(jiàn) D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D / A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器倒倒 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò) D / A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)權(quán)電流網(wǎng)絡(luò) D / A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型雙積分型雙積分型逐次逼近型逐次逼近型直接直接 A / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器間接間接 A / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)主要要求：主要要求

4、： 理解數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理。理解數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理。 了解常用了解常用 D/A 轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。 理解常用理解常用 D/A 轉(zhuǎn)換器的電路組成、工作原理、轉(zhuǎn)換器的電路組成、工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。特點(diǎn)及應(yīng)用。 8.2 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)輸出模擬電壓輸出模擬電壓 uO 應(yīng)正比于輸入數(shù)字量的大小，即：應(yīng)正比于輸入數(shù)字量的大小，即： uO = KD = K(Dn- -1 2n- -1 + Dn- -2 2n- -2 + + D1 21 + D0 20 ) 可見(jiàn)，可見(jiàn)，uO D，uO 的大小反映了數(shù)字量的大小反映了數(shù)字量 D

5、的大小。的大小。D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D0D1Dn- -2Dn- -1uO數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理 輸入數(shù)字量輸入數(shù)字量 D = (Dn- -1 Dn- -2 D1 D0 ) 2 = Dn- -1 2n- -1 + Dn- -2 2n- -2 + + D1 21 + D0 20 比例系數(shù)比例系數(shù) K 是與電路結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。也是輸入數(shù)是與電路結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。也是輸入數(shù)字量最低位字量最低位 D0 = = 1 1、其余各位均為、其余各位均為 0 0 時(shí)的模擬輸出電壓。時(shí)的模擬輸出電壓。第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè) 一、一、 電路組成電路組成8.2.1 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)

6、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān) Si 受各位輸入數(shù)字量控制，當(dāng)受各位輸入數(shù)字量控制，當(dāng) Di =1 1 時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān) Si 接到接到 1 1 端，電阻端，電阻 Ri 與基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)電壓VREF相連；相連；當(dāng)當(dāng) Di =0 0 時(shí)，開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān) Si 則接到則接到 0 0 端，電阻端，電阻 Ri 接地。接地。0 00 0iFS0+- -uOS1S2S3D3D2D1D0iRFVREF22R21RI020RI123RI2I30 01 11 11 11 10 0+- -A(LSB)(MSB)模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)求和運(yùn)算求和運(yùn)算 放大器放大器第第 8 章章

7、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè) 當(dāng)電子開(kāi)關(guān)當(dāng)電子開(kāi)關(guān) S0 S3 都接都接 1 1 端時(shí)，流入求和運(yùn)算放大器輸入端時(shí)，流入求和運(yùn)算放大器輸入端的總電流端的總電流 i為為 對(duì)于對(duì)于 n 位權(quán)電阻位權(quán)電阻 D / A 轉(zhuǎn)換器，則有轉(zhuǎn)換器，則有 i= I3+ I2+ I1+ I0=VREF20RD3+VREF21RD2+VREF22RD1+VREF23RD0VREF23R( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 )= 由于由于 i= - i F ，故運(yùn)算放大器的輸出電壓，故運(yùn)算放大器的輸出電壓 uO為為 uO= iF RF= - -iRF= - -RFVREF23R( 23D3+

8、22D2+ 21D1+ 20D0 ) uO= - -iRF= - -RFVREF2n-1R( 2n-1 Dn-1+ 2n-2Dn-2+ 21D1+ 20D0 ) 二、二、 工作原理工作原理 輸出電壓正輸出電壓正比于輸入二進(jìn)制比于輸入二進(jìn)制數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。模轉(zhuǎn)換。第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)如圖所示權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)如圖所示權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中，設(shè)轉(zhuǎn)換器中，設(shè) n=4，VREF=-10v，RF=R/2，試求：，試求：(1)當(dāng)輸入數(shù)字量當(dāng)輸入數(shù)字量 D3D2D1D0=0001 時(shí)，輸出電壓的值；時(shí)，輸出電壓的值；(2)當(dāng)輸入數(shù)字量當(dāng)輸入數(shù)字量 D3D2D

9、1D0=1001 時(shí)，輸出電壓的值；時(shí)，輸出電壓的值；(3)當(dāng)輸入數(shù)字量當(dāng)輸入數(shù)字量 D3D2D1D0=1111 時(shí)，輸出電壓的值。時(shí)，輸出電壓的值。解：解： V375. 9)21212121(210V625. 5)21202021(210V625. 0)21202020(21001234O01234O01234O - - - - - - - - - uuu第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè) 三、三、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D / A 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點(diǎn)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點(diǎn) 權(quán)電阻權(quán)電阻 D/A 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度也比較快；它的缺點(diǎn)是各個(gè)電

10、阻的阻值相差很大，度也比較快；它的缺點(diǎn)是各個(gè)電阻的阻值相差很大，而且隨著輸入二進(jìn)制代碼位數(shù)的增多，電阻的差值也而且隨著輸入二進(jìn)制代碼位數(shù)的增多，電阻的差值也隨之增加，難以保證電阻精度的要求，這給電路的轉(zhuǎn)隨之增加，難以保證電阻精度的要求，這給電路的轉(zhuǎn)換精度帶來(lái)很大影響，也不利于集成化。換精度帶來(lái)很大影響，也不利于集成化。 第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)S0+- -uOS1S2S3D3D2D1D0iRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI30 01 11 11 11 10 00 00 0RRR 一、一、 電路組成電路組成 8.2.2 R- -2R

11、倒倒 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 電流電壓電流電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路( (簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 I/U 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路) )模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān) Si 打向打向1 1側(cè)側(cè)時(shí)，相應(yīng)時(shí)，相應(yīng) 2R 支路支路接虛地接虛地；打向打向0 0側(cè)側(cè)時(shí)，相應(yīng)時(shí)，相應(yīng) 2R 支路支路接地接地。故無(wú)論開(kāi)關(guān)打向哪。故無(wú)論開(kāi)關(guān)打向哪一側(cè)，倒一側(cè)，倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò)均可等效為下圖。型電阻網(wǎng)絡(luò)均可等效為下圖。 倒倒 T 型型電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè) 從從 A、B、C 、D節(jié)點(diǎn)向左看去，節(jié)點(diǎn)向左看去，各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的等效各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的等效電阻均為電阻均為 R。VR

12、EFR 因此，由因此，由 VREF 流出的總電流流出的總電流 I 是固定不變的，其值為是固定不變的，其值為 I = ，并且每經(jīng)過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，電流被分流一半，從數(shù)字量高，并且每經(jīng)過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，電流被分流一半，從數(shù)字量高位到低位的電流分別為：位到低位的電流分別為： 、 、 、 。I3 =I2I2 =I4I1 =I8I0 =I16 二、二、 工作原理工作原理II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI3RRRBCDA 故流入求和運(yùn)算放大器輸入端的總電流故流入求和運(yùn)算放大器輸入端的總電流 i為為 i =I2D3+ I24VREF24R( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 )=I

13、8D1+ I16D0I4D2+( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 )第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè) 對(duì)于對(duì)于 n 位倒位倒 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器，則有轉(zhuǎn)換器，則有 故運(yùn)算放大器的輸出電壓故運(yùn)算放大器的輸出電壓 uO 為為 uO = iF RF= - -iRF= - -RFVREF24R( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 ) uO = - -RFVREF2nR( 2n-1 Dn-1+ 2n-2Dn-2+ 21D1+ 20D0 ) 由于倒由于倒 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò) D / A 轉(zhuǎn)換器中各支路的電轉(zhuǎn)換器中各支路的電流恒定

14、不變，直接流入運(yùn)算放大器的反相輸入端，它流恒定不變，直接流入運(yùn)算放大器的反相輸入端，它們之間不存在傳輸時(shí)間差，因而提高了轉(zhuǎn)換速度，所們之間不存在傳輸時(shí)間差，因而提高了轉(zhuǎn)換速度，所以，倒以，倒 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò) D / A 轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用非常廣泛。轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用非常廣泛。第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.2.3 權(quán)電流型權(quán)電流型 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 在討論倒在討論倒 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò) D / A 轉(zhuǎn)換時(shí)，電子模擬轉(zhuǎn)換時(shí)，電子模擬 開(kāi)關(guān)看成是理想的。然而在實(shí)際上，這些開(kāi)關(guān)都存在開(kāi)關(guān)看成是理想的。然而在實(shí)際上，這些開(kāi)關(guān)都存在一定的、大小不等的電阻，其上會(huì)產(chǎn)生大小

15、不一的電一定的、大小不等的電阻，其上會(huì)產(chǎn)生大小不一的電壓，這就不可避免地會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差。為了提高轉(zhuǎn)換壓，這就不可避免地會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差。為了提高轉(zhuǎn)換精度，可采用權(quán)電流型精度，可采用權(quán)電流型 D / A 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè) 一、一、 電路組成電路組成8.2.3 權(quán)電流型權(quán)電流型 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 i 位電子模擬開(kāi)關(guān)位電子模擬開(kāi)關(guān) Si 由相應(yīng)輸入數(shù)據(jù)由相應(yīng)輸入數(shù)據(jù) Di 控制。當(dāng)控制。當(dāng)Di=1 1時(shí)，時(shí)，Si接接1 1，恒流源接運(yùn)算放大器的反向端，并，恒流源接運(yùn)算放大器的反向端，并提提供恒流供恒流 Ii ；當(dāng)；當(dāng)Di = 0 0時(shí)，時(shí)， S

16、i 接接0 0，恒流源，恒流源接地接地。S0+- -uOS1S2S3D3D2D1D0iRF- -VREFI / 20 01 11 11 11 10 00 00 0I / 4I / 16I / 8- -+(LSB)(MSB)運(yùn)算放運(yùn)算放大器大器 權(quán)電流權(quán)電流恒流源恒流源模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè) 當(dāng)電子開(kāi)關(guān)當(dāng)電子開(kāi)關(guān) Si 都接都接 1 1 端時(shí)，最高位代碼對(duì)應(yīng)支路的恒流源端時(shí)，最高位代碼對(duì)應(yīng)支路的恒流源電流為電流為 I / 2，相鄰位支路的恒流源電流依次減半。故運(yùn)算放大，相鄰位支路的恒流源電流依次減半。故運(yùn)算放大器的輸出電壓器的輸出電壓 uO 為為

17、 對(duì)于對(duì)于 n 位權(quán)電流型位權(quán)電流型 D / A 轉(zhuǎn)換器，則有轉(zhuǎn)換器，則有 uO = RF I 2n( 2n-1 Dn-1+ 2n-2Dn-2+ 21D1+ 20D0 ) uO = iRF=RFI24( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 )= RF (I2D3+I8D1+ I16D0 )I4D2+ 二、二、 工作原理工作原理第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.2.4 D / A 轉(zhuǎn)換器主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器主要參數(shù) 一、轉(zhuǎn)換精度一、轉(zhuǎn)換精度 D / A 轉(zhuǎn)換器的最低位有效數(shù)字量轉(zhuǎn)換器的最低位有效數(shù)字量（00000101）對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)輸出的模擬電壓輸出的模擬電壓 ULSB

18、 與最大數(shù)字量與最大數(shù)字量（11111111）輸出滿刻度電輸出滿刻度電壓壓 UFSR 的比值。的比值。121FSRLSB- - nUU分分辨辨率率 由此可見(jiàn)，由此可見(jiàn)，D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的位數(shù)的位數(shù) n 越多，分辨率越多，分辨率值就越小，能分辨的值就越小，能分辨的最小輸出電壓值也越小，分辨能最小輸出電壓值也越小，分辨能力就越強(qiáng)。對(duì)于一個(gè)力就越強(qiáng)。對(duì)于一個(gè) 10 位的位的 D/ A 轉(zhuǎn)換器，分辨率為轉(zhuǎn)換器，分辨率為 0.000 978。1. 分辨率分辨率第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè) 2. 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差要獲得較高精度的要獲得較高精度的 D / A 轉(zhuǎn)換器，應(yīng)選

19、用低漂移高轉(zhuǎn)換器，應(yīng)選用低漂移高精度的運(yùn)算放大器，采用高穩(wěn)定度的精度的運(yùn)算放大器，采用高穩(wěn)定度的 VREF 和選用高分和選用高分辨率的辨率的 D / A 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。指指 D / A 轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字信號(hào)開(kāi)始轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字信號(hào)開(kāi)始轉(zhuǎn)換到輸出模擬電壓達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)所需的時(shí)間。到輸出模擬電壓達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，轉(zhuǎn)換速度就越高。轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，轉(zhuǎn)換速度就越高。指指 D / A 轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓與理轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓與理論輸出模擬電壓的最大差值。論輸出模擬電壓的最大差值。在在 D / A 轉(zhuǎn)換過(guò)程中，產(chǎn)生誤差的原因很多，常見(jiàn)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，產(chǎn)生誤差的原因很多，常見(jiàn)的原因有運(yùn)放的零

20、點(diǎn)漂移、電子模擬開(kāi)關(guān)接通時(shí)的導(dǎo)的原因有運(yùn)放的零點(diǎn)漂移、電子模擬開(kāi)關(guān)接通時(shí)的導(dǎo)通壓降、基準(zhǔn)電壓通壓降、基準(zhǔn)電壓 VREF 的波動(dòng)、的波動(dòng)、R - - 2R 倒倒 T 形電阻形電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻阻值的誤差等。網(wǎng)絡(luò)中電阻阻值的誤差等。 二、二、轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換誤差一般不大于轉(zhuǎn)換誤差一般不大于ULSB/2。 第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)常用集成常用集成 D / A 轉(zhuǎn)換器有兩類：一類內(nèi)部?jī)H含轉(zhuǎn)換器有兩類：一類內(nèi)部?jī)H含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開(kāi)關(guān)兩部分，常用于一般的有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開(kāi)關(guān)兩部分，常用于一般的電子電路。另一類內(nèi)部除含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬電子電路。另一類內(nèi)部除含有電

21、阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開(kāi)關(guān)外，還帶有數(shù)據(jù)鎖存器，并具有片選控制和數(shù)開(kāi)關(guān)外，還帶有數(shù)據(jù)鎖存器，并具有片選控制和數(shù)據(jù)輸入控制端，便于和微處理器進(jìn)行連接，多用于據(jù)輸入控制端，便于和微處理器進(jìn)行連接，多用于微機(jī)控制系統(tǒng)中。微機(jī)控制系統(tǒng)中。 8.2.5 集成集成 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 AD7520 介紹介紹第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)一、電路組成一、電路組成基準(zhǔn)電壓輸入端基準(zhǔn)電壓輸入端 VREF 可正可負(fù)可正可負(fù) 內(nèi)部反饋內(nèi)部反饋電阻電阻RF 倒倒 T 形電形電阻網(wǎng)絡(luò)阻網(wǎng)絡(luò)CMOS電子模擬開(kāi)關(guān)電子模擬開(kāi)關(guān)輸出模擬電壓輸出模擬電壓uO為為 uO= - - RFVREF210R(

22、29 D9 + 28D8 + + 21D1 + 20D0 )第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管兩級(jí)反相器兩級(jí)反相器電平電平偏移偏移電路電路 當(dāng)當(dāng) i 位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) Di =1 1時(shí)，時(shí)，V1 截止，截止，V3 導(dǎo)通，輸出低電平導(dǎo)通，輸出低電平0 0，經(jīng)，經(jīng)V4、V5 組成的反相器后輸出高電平組成的反相器后輸出高電平1 1，使，使 V9 導(dǎo)通；同時(shí)，導(dǎo)通；同時(shí)，V6、V7組成的反相器輸出低電平組成的反相器輸出低電平0 0，使，使 V8 截止。這時(shí)，截止。這時(shí)，2R 支路電阻經(jīng)支路電阻經(jīng) V9 接位置接位置1 1 。當(dāng)。當(dāng) Di =0 0時(shí)，則時(shí)，則 V8 導(dǎo)通，

23、導(dǎo)通，V9 截止，截止，2R 支路電阻接支路電阻接位置位置0 0。從而實(shí)現(xiàn)了單刀雙擲開(kāi)關(guān)的功能。從而實(shí)現(xiàn)了單刀雙擲開(kāi)關(guān)的功能。二、電子模擬開(kāi)關(guān)二、電子模擬開(kāi)關(guān)第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)主要要求：主要要求：了解了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般過(guò)程。模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般過(guò)程。了解了解 轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。 理解常用理解常用 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的電路組成、工作原的電路組成、工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。理、特點(diǎn)及應(yīng)用。8.3 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.1 A / D 轉(zhuǎn)換的一般過(guò)程轉(zhuǎn)換的一般過(guò)程 取樣：取樣：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為

24、在時(shí)間斷續(xù)變化、在幅度上等于取樣期將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為在時(shí)間斷續(xù)變化、在幅度上等于取樣期 間模擬信號(hào)大小的一串脈沖。間模擬信號(hào)大小的一串脈沖。保持：保持：保持取樣信號(hào)保持取樣信號(hào)，使其有充分時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。使其有充分時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。量化：量化：把取樣保持電路輸出的樣值電壓變?yōu)榱炕瘑挝徽麛?shù)倍的把取樣保持電路輸出的樣值電壓變?yōu)榱炕瘑挝徽麛?shù)倍的 過(guò)程。過(guò)程。編碼：編碼：把量化的結(jié)果用二進(jìn)制代碼表示。把量化的結(jié)果用二進(jìn)制代碼表示。uI(t)C量化量化編碼編碼電路電路Dn- -1D1D0uI (t)S取樣保持電路取樣保持電路第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè) 為了能較好地恢復(fù)原

25、來(lái)的模擬信號(hào)，為了能較好地恢復(fù)原來(lái)的模擬信號(hào)，根據(jù)取樣定理，要求取樣脈沖根據(jù)取樣定理，要求取樣脈沖 uS 的頻率的頻率 fs 必須大于等于輸入模擬信號(hào)必須大于等于輸入模擬信號(hào) uI 頻譜中頻譜中最高頻率最高頻率 fI(max) 的的 2 倍，即倍，即 fs 2 fI(max)一、取樣一、取樣 - - 保持電路保持電路 當(dāng)取樣脈沖當(dāng)取樣脈沖 uS 為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，NMOS管導(dǎo)通，輸入電壓管導(dǎo)通，輸入電壓uI 經(jīng)其對(duì)經(jīng)其對(duì) C 迅速充電，迅速充電，使電容使電容 C 上的電壓上的電壓 uC 跟隨輸入電壓跟隨輸入電壓 uI 變化，在變化，在 tW 期間期間 uC = uI。 當(dāng)取樣脈沖當(dāng)取樣脈

26、沖 uS 為低電平時(shí)，為低電平時(shí)，NMOS管截止，電容管截止，電容 C 上的電壓上的電壓 uC 在在 TS - - tW 期間保持不變，直到下一個(gè)取樣脈沖到期間保持不變，直到下一個(gè)取樣脈沖到來(lái)。輸出電壓來(lái)。輸出電壓 uO 始終跟隨電容始終跟隨電容 C 上的上的電壓電壓 uC 變化。變化。第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè) 要將取樣要將取樣- -保持電路輸出的樣值電壓變換成保持電路輸出的樣值電壓變換成與其成正比的數(shù)字量，還必須對(duì)樣值電壓進(jìn)行量與其成正比的數(shù)字量，還必須對(duì)樣值電壓進(jìn)行量化，通常用數(shù)字信號(hào)最低位化，通常用數(shù)字信號(hào)最低位（LSBLSB）1 1 對(duì)應(yīng)的模對(duì)應(yīng)的模擬電

27、壓作為量化單位，用擬電壓作為量化單位，用表示。將樣值電壓變表示。將樣值電壓變?yōu)榱炕瘑挝徽麛?shù)倍的過(guò)程稱為為量化單位整數(shù)倍的過(guò)程稱為量化量化。 在量化時(shí)，樣值電壓一般不能被在量化時(shí)，樣值電壓一般不能被 整除，非整除，非整數(shù)部分的余數(shù)被舍去，這必然會(huì)產(chǎn)生誤差，稱整數(shù)部分的余數(shù)被舍去，這必然會(huì)產(chǎn)生誤差，稱為為量化誤差量化誤差。 A / D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，量化單位轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，量化單位越小，則越小，則量化誤差也越小量化誤差也越小。 二、量化與編碼二、量化與編碼第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)劃分量化電平的兩種方法劃分量化電平的兩種方法最大量化誤差最大量化誤差 = = (1

28、/8)VREF最大量化誤差最大量化誤差 = /2 = (1/15)VREF6 =(6/8)VREF1 =(1/8)VREF4 =(4/8)VREF0 V(6/8)V(7/8)V000000001001010010011011100100101101110110111111模擬模擬電平電平二進(jìn)制二進(jìn)制代碼代碼代表的代表的模擬電平模擬電平0 = 0VREF2 =(2/8)VREF3 =(3/8)VREF5 =(5/8)VREF7 =(7/8)VREF(5/8)V(4/8)V(3/8)V(2/8)V(1/8)V(8/8)V1 = 2/15VREF5 = 10/15VREF6 = 12/15VREF模

29、擬模擬電平電平二進(jìn)制二進(jìn)制代碼代碼代表的代表的模擬電平模擬電平0 = 0VREF2 = 4/15VREF3 = 6/15VREF4 = 8/15VREF7 =14/15VREF(13/15)V0 V000000001001010010011011100100101101110110111111(11/15)V(15/15)V(9/15)V(3/15)V(7/15)V(1/15)V(5/15)V第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.2 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0uI電電阻阻構(gòu)構(gòu)成成分分壓壓

30、器器 當(dāng)當(dāng) 0 V uI ( 1/15 ) VREF 時(shí)，時(shí)， D2D1D0 = 000 000。VREFuI RR/2RRRRRRD2(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0 (LSB)比較器比較器寄存器寄存器編碼器編碼器編編碼碼器器15115315515131571591511VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)0 00 00 00 00 00 01 10 00 01 1uI當(dāng)當(dāng) ( 1/15 ) VREF uI ( 3/15 ) VREF 時(shí)，時(shí)， D2D1D0 = 001001。VREFuI RR/2

31、RRRRRRD2(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0 (LSB)比較器比較器寄存器寄存器編碼器編碼器編編碼碼器器8.3.2 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 15115315515131571591511VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.2 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 0 00 00 00 00 01 11 10 01 10 0uI當(dāng)當(dāng) ( 3/15 ) VREF uI ( 5/15 ) VREF 時(shí)，時(shí)， D2D1D0 = 010 010。VREFuI RR/

32、2RRRRRRD2(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0 (LSB)比較器比較器寄存器寄存器編碼器編碼器編編碼碼器器15115315515131571591511VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)VREFuI RR/2RRRRRRD2(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0 (LSB)比較器比較器寄存器寄存器編碼器編碼器編編碼碼器器8.3.2 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 0 00 00 00 01 11 11 10 01 11 1uI當(dāng)當(dāng) ( 5/15 ) VREF uI (

33、 7/15 ) VREF 時(shí)，時(shí)， D2D1D0 = 011011。15115315515131571591511VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.2 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 0 00 00 01 11 11 11 11 10 00 0uI當(dāng)當(dāng) ( 7/15 ) VREF uI ( 9/15 ) VREF 時(shí)，時(shí)， D2D1D0 = 100100。VREFuI RR/2RRRRRRD2(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0 (LSB)比較器比較器寄存器寄存器編碼器編碼器編編

34、碼碼器器15115315515131571591511VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.2 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 0 00 01 11 11 11 11 11 10 01 1uI當(dāng)當(dāng) ( 9/15 ) VREF uI ( 11/15 ) VREF 時(shí)，時(shí)， D2D1D0 = 101101。VREFuI RR/2RRRRRRD2(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0 (LSB)比較器比較器寄存器寄存器編碼器編碼器編編碼碼器器15115315515131571591511VR

35、EFVREFVREFVREFVREFVREFVREF第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.2 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 0 01 11 11 11 11 11 11 11 10 0uI當(dāng)當(dāng) ( 11/15 ) VREF uI ( 13/15 ) VREF 時(shí)，時(shí)， D2D1D0 = 110110。VREFuI RR/2RRRRRRD2(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0 (LSB)比較器比較器寄存器寄存器編碼器編碼器編編碼碼器器15115315515131571591511VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF第第

36、 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.2 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 1 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1uI當(dāng)當(dāng) ( 13/15 ) VREF uI 1 VREF 時(shí)，時(shí)， D2D1D0 = 111111。VREFuI RR/2RRRRRRD2(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0 (LSB)比較器比較器寄存器寄存器編碼器編碼器編編碼碼器器15115315515131571591511VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)逐次漸近型逐次漸近型

37、 A / D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理與天平稱物體重轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理與天平稱物體重量的過(guò)程相似：先放一個(gè)最重的砝碼與被稱物體重量進(jìn)行量的過(guò)程相似：先放一個(gè)最重的砝碼與被稱物體重量進(jìn)行比較，如砝碼比物體輕，則砝碼保留；如砝碼比物體重，比較，如砝碼比物體輕，則砝碼保留；如砝碼比物體重，則去掉，換上一個(gè)次重量的砝碼，再與被稱物的重量進(jìn)行則去掉，換上一個(gè)次重量的砝碼，再與被稱物的重量進(jìn)行比較。按照此辦法，直加到最輕的一個(gè)砝碼為止。將所有比較。按照此辦法，直加到最輕的一個(gè)砝碼為止。將所有留下的砝碼重量相加，就是最漸近被稱物體的重量。根據(jù)留下的砝碼重量相加，就是最漸近被稱物體的重量。根據(jù)這一思路可構(gòu)成逐次漸近這一

38、思路可構(gòu)成逐次漸近 A / D 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。8.3.3 逐次漸近型逐次漸近型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)一、電路組成一、電路組成VREFuOD2 (MSB)D1D0 (LSB)3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC1 電壓電壓 比較器比較器 3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 數(shù)碼數(shù)碼寄存器寄存器 環(huán)形移環(huán)形移位寄存器位寄存器控制控制邏輯邏輯電路電路第第 8

39、章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)二、工作原理二、工作原理1 1 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 00 00 00 0轉(zhuǎn)換開(kāi)轉(zhuǎn)換開(kāi)始前先始前先進(jìn)行預(yù)進(jìn)行預(yù)置置VREFuOD2 (MSB)D1D0 (LSB)3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC1第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)VREFuOD2 (MSB)D1D0 (LSB)3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1SF

40、F6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC10 1 0 0 00 1 0 0 01 0 01 0 0uO uI，uC=1 1uO uI，uC=0 0 1轉(zhuǎn)換控制轉(zhuǎn)換控制信號(hào)信號(hào)uS為為高電平時(shí)，高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換開(kāi)始。轉(zhuǎn)換開(kāi)始。 Q5 = 0 0，G7G9 被封被封鎖，無(wú)數(shù)鎖，無(wú)數(shù)碼輸出。碼輸出。二、工作原理二、工作原理第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)0 0 1 0 00 0 1 0 01 1( (0 0) ) 1 0 1 0如原來(lái)的如原來(lái)

41、的 uC =1 1，則則 FF6 被置被置 0 0；反之，反之，F(xiàn)F6 保留保留 1 1狀態(tài)。狀態(tài)。 2VREFuOD2 (MSB)D1D0 (LSB)3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC1Q5 = 0 0，無(wú)數(shù)碼無(wú)數(shù)碼輸出。輸出。二、工作原理二、工作原理第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)0 0 0 0 0 0 1 1 0 01 1(0 0) 1 1(0 0) 1 1如原來(lái)的如原來(lái)的 uC =

42、1 1，則則FF7 被置被置 0 0；反之，反之，F(xiàn)F7 保留保留 1 1狀態(tài)。狀態(tài)。 3VREFuOD2 (MSB)D1D0 (LSB)3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC1Q5 = 0 0，無(wú)數(shù)碼無(wú)數(shù)碼輸出。輸出。二、工作原理二、工作原理第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)VREFuOD2 (MSB)D1D0 (LSB)3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1SFF6Q1RC1G2G3G4G51

43、G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC1二、工作原理二、工作原理 這時(shí)，這時(shí)，F(xiàn)F6FF8的狀態(tài)就是所要求的狀態(tài)就是所要求轉(zhuǎn)換的結(jié)果。由于轉(zhuǎn)換的結(jié)果。由于Q5 = 1 1，故，故FF6FF8 的狀態(tài)通過(guò)的狀態(tài)通過(guò) G7 G9 輸出。輸出。0 0 0 0 0 0 0 0 1 11 1(0 0) 1 1(0 0) 1 1(0 0)如原來(lái)的如原來(lái)的 uC = 1 1，則則 FF8 被置被置 0 0 ；反之，反之，F(xiàn)F8 保留保留 1 1狀態(tài)。狀態(tài)。 4Q6Q7Q8第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

44、器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)1 1 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 5VREFuOD2 (MSB)D1D0 (LSB)3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC1 Q5 = 0 0，G7 G9重新重新被封鎖，輸被封鎖，輸出的數(shù)字信出的數(shù)字信號(hào)消失。號(hào)消失。二、工作原理二、工作原理第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)檢零檢零比較器比較器積分器積分器定時(shí)定時(shí)觸發(fā)器觸發(fā)器G2&時(shí)

45、鐘時(shí)鐘控制門控制門QuOuCFFnRD基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器RS2usCPRC11J1KDn-1(MSB)D1D0 (LSB)n 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器器RCPG1&-VREFS1CuI8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 一、電路組成一、電路組成 積分器是積分器是 A / D 轉(zhuǎn)換器的核心轉(zhuǎn)換器的核心部分。通過(guò)開(kāi)關(guān)部分。通過(guò)開(kāi)關(guān) S2 對(duì)被測(cè)模擬電對(duì)被測(cè)模擬電壓壓 uI 和與其極性相反的基準(zhǔn)電壓和與其極性相反的基準(zhǔn)電壓 - -VREF進(jìn)行兩次方向相反的積分，進(jìn)行兩次方向相反的積分，時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)= RC 。 第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

46、器返回首頁(yè)檢零檢零比較器比較器積分器積分器定時(shí)定時(shí)觸發(fā)器觸發(fā)器G2&時(shí)鐘時(shí)鐘控制門控制門QuOuCFFnRD基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器RS2usCPRC11J1KDn-1(MSB)D1D0 (LSB)n 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器器RCPG1&-VREFS1CuI8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 檢零比較器在積分器之后，用檢零比較器在積分器之后，用以檢查積分器輸出電壓以檢查積分器輸出電壓 uO 的過(guò)零時(shí)的過(guò)零時(shí)刻。當(dāng)刻。當(dāng) uO 0 時(shí)，輸出時(shí)，輸出 uC = 0；當(dāng)；當(dāng) uO 0 時(shí)，輸出時(shí)，輸出 uC = 1。一、電路組成一、電路組成第第 8 章章

47、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)檢零檢零比較器比較器積分器積分器定時(shí)定時(shí)觸發(fā)器觸發(fā)器G2&時(shí)鐘時(shí)鐘控制門控制門QuOuCFFnRD基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器RS2usCPRC11J1KDn-1(MSB)D1D0 (LSB)n 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器器RCPG1&-VREFS1CuI一、電路組成一、電路組成8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 時(shí)鐘控制門有三個(gè)時(shí)鐘控制門有三個(gè)輸入端，第一個(gè)接檢零輸入端，第一個(gè)接檢零比較器的輸出比較器的輸出 uC，第二，第二個(gè)接轉(zhuǎn)換控制信號(hào)個(gè)接轉(zhuǎn)換控制信號(hào) uS，第三個(gè)接標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖第三個(gè)接標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖源源 CP。當(dāng)

48、。當(dāng) uC = 1， uS =1時(shí)，時(shí)，G1 打開(kāi)，計(jì)數(shù)器對(duì)打開(kāi)，計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖CP 計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)；當(dāng) uC = 0 時(shí)，時(shí)，G1關(guān)閉，計(jì)關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。數(shù)器停止計(jì)數(shù)。第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)檢零檢零比較器比較器積分器積分器定時(shí)定時(shí)觸發(fā)器觸發(fā)器G2&時(shí)鐘時(shí)鐘控制門控制門QuOuCFFnRD基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器RS2usCPRC11J1KDn-1(MSB)D1D0 (LSB)n 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器器RCPG1&-VREFS1CuI一、電路組成一、電路組成8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 當(dāng)當(dāng) n

49、 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)到位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)到 2n 個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器由計(jì)數(shù)器由 11111 1 回到回到 00000 0 狀態(tài)，并送出進(jìn)位信狀態(tài)，并送出進(jìn)位信號(hào)使定時(shí)觸發(fā)器號(hào)使定時(shí)觸發(fā)器 FFn 置置1 1，即，即 Qn = 1 1，開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān) S2 接基接基準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓 - -VREF ，計(jì)數(shù)器由，計(jì)數(shù)器由 0 0 開(kāi)始計(jì)數(shù)，將與輸入模開(kāi)始計(jì)數(shù)，將與輸入模擬電壓擬電壓 uI 成正比的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。成正比的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)1. 轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換控制信號(hào)轉(zhuǎn)

50、換控制信號(hào) uS =0 0，G2 輸出輸出 1 1，一是使開(kāi)關(guān)，一是使開(kāi)關(guān) S1 閉合，電閉合，電容容 C 充分放電；二是使計(jì)數(shù)器清零，充分放電；二是使計(jì)數(shù)器清零，F(xiàn)Fn 輸出輸出 Qn = 0 0，使開(kāi)關(guān)，使開(kāi)關(guān) S2 接輸入模擬電壓接輸入模擬電壓 uI 。二二 、工工作作原原理理第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 2. 第一次積分（取樣階段）第一次積分（取樣階段）二二 、工工作作原原理理 在時(shí)間在時(shí)間 t = 0 0 時(shí)，轉(zhuǎn)換控制信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)換控制信號(hào) uS 由由 0 0 變?yōu)樽優(yōu)?1 1，G2 輸出輸出 0 0，開(kāi)

51、關(guān)開(kāi)關(guān) S1 斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，開(kāi)關(guān) S2 接入模擬電壓接入模擬電壓 uI 。uI 經(jīng)電阻經(jīng)電阻 R 對(duì)電容對(duì)電容 C 進(jìn)行充電，積分器開(kāi)始對(duì)進(jìn)行充電，積分器開(kāi)始對(duì) uI 進(jìn)行積分；積分器的輸出電壓進(jìn)行積分；積分器的輸出電壓 uO (t) 為為uO (t) = = tuIRC - -tItduRC01uI dt第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 2. 第一次積分（取樣階段）第一次積分（取樣階段） 由于積分器由于積分器 uO 0，過(guò)零比較器輸出，過(guò)零比較器輸出 uC = 1，這時(shí)時(shí)鐘，這時(shí)時(shí)鐘控制門控制門 G1 打開(kāi)，計(jì)數(shù)

52、器開(kāi)始對(duì)周期為打開(kāi)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始對(duì)周期為 TC 的時(shí)鐘脈沖的時(shí)鐘脈沖 CP 進(jìn)進(jìn)行計(jì)數(shù)，經(jīng)時(shí)間行計(jì)數(shù)，經(jīng)時(shí)間T1=2nTC 后，計(jì)數(shù)器計(jì)滿后，計(jì)數(shù)器計(jì)滿 2n 個(gè)個(gè) CP 脈沖，各脈沖，各計(jì)數(shù)觸發(fā)器自動(dòng)返回計(jì)數(shù)觸發(fā)器自動(dòng)返回 0 狀態(tài)，同時(shí)給定時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)，同時(shí)給定時(shí)觸發(fā)器 FFn 送出一送出一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，個(gè)進(jìn)位信號(hào)，F(xiàn)Fn 置置 1 ，使開(kāi)關(guān)，使開(kāi)關(guān) S2 接接 - -VREF。二二 、工工作作原原理理第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)2. 第一次積分（取樣階段）第一次積分（取樣階段）8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 第一次積分結(jié)束后，對(duì)應(yīng)時(shí)間為第一

53、次積分結(jié)束后，對(duì)應(yīng)時(shí)間為 t = t1= T1，這時(shí)積分器輸出電壓，這時(shí)積分器輸出電壓 uO(t1) 為為 uO( t1 ) = uI = uI T1RC2nTCRC二二 、工工作作原原理理第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 3. 第二次積分（比較階段）第二次積分（比較階段） 在時(shí)間在時(shí)間 t = t1 ( =T1 ) 時(shí)，第一次積分結(jié)束，開(kāi)關(guān)時(shí)，第一次積分結(jié)束，開(kāi)關(guān) S2 接接 VREF，電容，電容 C 開(kāi)始放電，積分器對(duì)開(kāi)始放電，積分器對(duì)- -VREF 進(jìn)行反向進(jìn)行反向積分（第二次積分）。積分（第二次積分）。二二

54、、工工作作原原理理第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 3. 第二次積分（比較階段）第二次積分（比較階段） 由于積分器由于積分器 uO 0，檢零比較器輸出，檢零比較器輸出 uC = 1，計(jì)數(shù)器從，計(jì)數(shù)器從 0 開(kāi)始第開(kāi)始第二次計(jì)數(shù)。當(dāng)積分器輸出電壓二次計(jì)數(shù)。當(dāng)積分器輸出電壓 uO( t ) 上升到上升到 uO ( t ) = 0 時(shí)，由時(shí)，由 uC = 0，G1關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。二二 、工工作作原原理理第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)二二 、工工作作原原理理8.3.4 雙

55、積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 3. 第二次積分（比較階段）第二次積分（比較階段） 第二次積分的時(shí)間第二次積分的時(shí)間 T2 = t2 t1。這。這時(shí)輸出電壓時(shí)輸出電壓 uO ( t2 ) 為為 uO(t2) = uO(t1) + (- -VREF )dt = 0 - -1RCt1t2 得得 由此可知，第二次積分的時(shí)間間隔由此可知，第二次積分的時(shí)間間隔 T2 與輸入模擬電壓與輸入模擬電壓 uI 是成正比的。是成正比的。 T2 = uI 2nTCVREF第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)二、二、工工作作原原理理8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

56、3. 第二次積分（比較階段）第二次積分（比較階段） 如在如在 T2 時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器計(jì)的脈沖時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)為個(gè)數(shù)為N，由于，由于 T2 =NTC，則，則 因此，計(jì)數(shù)器計(jì)了因此，計(jì)數(shù)器計(jì)了N 個(gè)個(gè) CP 脈沖脈沖后所處的狀態(tài)表示了輸入后所處的狀態(tài)表示了輸入 uI 的數(shù)字量，的數(shù)字量，從而實(shí)現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。從而實(shí)現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。計(jì)數(shù)器的位數(shù)就是計(jì)數(shù)器的位數(shù)就是 A / D 轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)。數(shù)字量的位數(shù)。 2nVREFN = uI第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.5 A / D 轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) 1 . 分

57、辨率分辨率 指指 A / D 轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的最低位變轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的最低位變化一個(gè)數(shù)碼時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入模擬量的變化量。化一個(gè)數(shù)碼時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入模擬量的變化量。 例如例如 最大輸出電壓為最大輸出電壓為 5V 的的 8 位位 A / D 轉(zhuǎn)換器的分辨轉(zhuǎn)換器的分辨 率為率為 5V / 28 = 19.53 mA 分辨率也可用分辨率也可用 A / D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)表示。位數(shù)越轉(zhuǎn)換器的位數(shù)表示。位數(shù)越多，能分辨的最小模擬電壓值就越小。多，能分辨的最小模擬電壓值就越小。 第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)指指 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量與理論輸出數(shù)字量實(shí)際輸出的數(shù)字量與

58、理論輸出數(shù)字量之間的差值。通常用最低有效位之間的差值。通常用最低有效位 LSB 的倍數(shù)來(lái)表示。的倍數(shù)來(lái)表示。 2. 相對(duì)精度相對(duì)精度3. 轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度例如例如 相對(duì)誤差相對(duì)誤差 1 LSB /2 ，即說(shuō)明實(shí)際輸出數(shù)字量，即說(shuō)明實(shí)際輸出數(shù)字量 和理想上得到的輸出數(shù)字量之間的誤差不大于最低和理想上得到的輸出數(shù)字量之間的誤差不大于最低 位位 1 的一半。的一半。 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指轉(zhuǎn)換時(shí)間是指 A / D 轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，即從接到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開(kāi)始到輸出端得到穩(wěn)定數(shù)字量所需即從接到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開(kāi)始到輸出端得到穩(wěn)定數(shù)字量所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越小，轉(zhuǎn)換速度越高。的

59、時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越小，轉(zhuǎn)換速度越高。第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回首頁(yè)8.3.6 集成集成 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 CC7106 介紹介紹 一、一、CC7106 的引腳功能的引腳功能VREF+、VREF-:基準(zhǔn)電壓正負(fù)端基準(zhǔn)電壓正負(fù)端CREF : 基準(zhǔn)電容端基準(zhǔn)電容端COM : 模擬信號(hào)公共端模擬信號(hào)公共端TEST : 數(shù)字地和測(cè)試端數(shù)字地和測(cè)試端IN+、IN-: 模擬電壓輸入端模擬電壓輸入端AZ : 外接校零電容端外接校零電容端BUF : 外接積分電阻端外接積分電阻端INT : 外接積分電容端外接積分電容端OSC1 OSC3:時(shí)鐘振蕩器外接元件端時(shí)鐘振蕩器外接元件端VDD、VEE : 電源正、負(fù)端電源正、負(fù)端a1g1 : 個(gè)位筆段驅(qū)動(dòng)端個(gè)位筆段驅(qū)動(dòng)端a2g2 : 十位筆段驅(qū)動(dòng)端十位筆段驅(qū)動(dòng)端a3g3 : 百位筆段驅(qū)動(dòng)端百位筆段驅(qū)動(dòng)端bc4 : 千位千位b、c 筆段驅(qū)動(dòng)端筆段驅(qū)動(dòng)端