第11章數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換

1、第第 十一十一 章章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換 教學(xué)內(nèi)容11.1 概述11.2 D/A轉(zhuǎn)換器11.3 A/D轉(zhuǎn)換器 教學(xué)要求教學(xué)要求 1、掌握DAC和ADC的定義及應(yīng)用；2、了解DAC的組成、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、集成D/A轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換速度；3、了解ADC組成、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器、積分型A/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換速度。 11.1 11.1 概述概述模數(shù)轉(zhuǎn)換（模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）：轉(zhuǎn)換）：將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。實現(xiàn)字信號。實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為轉(zhuǎn)換的電路稱為A/D轉(zhuǎn)換器，簡轉(zhuǎn)換器，簡寫為寫為ADC(Analog-Digital Converter)數(shù)模轉(zhuǎn)換（數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/

2、A轉(zhuǎn)換）：轉(zhuǎn)換）：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。實現(xiàn)擬信號。實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的電路稱為轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器，簡轉(zhuǎn)換器，簡寫為寫為DAC(Digital-Analog Converter)模擬信號例如：電壓、電流、溫度、聲音等。真實的世界是模擬的。數(shù)字信號計算機控制，自動控制，計算機控制，自動控制，數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)0000000011111111 概述圖為一個溫度控制系統(tǒng)：圖為一個溫度控制系統(tǒng)：傳感器傳感器放大器放大器A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換微型計算機微型計算機控制控制對象對象D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電加熱爐電加熱爐熱電偶熱電偶執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)溫度溫度時間時間例如：對于例如：對于0 5V的直

3、流電壓，計算機用的直流電壓，計算機用8位數(shù)字量來描述時：位數(shù)字量來描述時： 最小值（最小值（00000000）B = 0對應(yīng)對應(yīng)0V， 最大值（最大值（11111111）B = 255 對應(yīng)對應(yīng) 5V， 中間值（中間值（01111111）B = 127 對應(yīng)對應(yīng)2. 5V 等等 D/A的任務(wù)是接收到一個數(shù)字量后，的任務(wù)是接收到一個數(shù)字量后，給出一個相應(yīng)的電壓。比如收到給出一個相應(yīng)的電壓。比如收到（00111111）B ，應(yīng)給出幅度為，應(yīng)給出幅度為1.25V 的電的電壓。壓。11.2 11.2 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路。模擬信號的電路。000000000V

4、000000011/2555V=0.02V000000102/2555V=0.04V000000113/2555V=0.06V000001004/2555V=0.08V000010008/2555V=0.16V01111111127/2555V=2.54V10000000128/2555V=2.56V111111115V100110212222)(niiionnnnBBBBBBD102)(niiiooBKDKiu輸出電壓或電流輸出電壓或電流K為比例系數(shù)為比例系數(shù)UDUddunonno01122UUDACDACDDACU1-21nomaxn最大輸出電壓輸出的模擬電壓時，為的單位量化電壓，稱為電阻

5、網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)模擬電子開關(guān)求和放大求和放大器器參考電壓參考電壓11.2.1、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 集成運放集成運放閉環(huán)應(yīng)用閉環(huán)應(yīng)用： 通過通過RF接入負反饋，有虛短，接入負反饋，有虛短，V-V+=0 求和放大器求和放大器iRvFo集成運放集成運放開環(huán)應(yīng)開環(huán)應(yīng)用用： 比較器比較器33dRVIREF222dRVIREF1212dRVIREF0302dRVIREF)2222(2001122334ddddVvREFo取取RF=R/2)(0123IIIIRiRvFFo)22.22(200112211ddddVvnnnnnREFo n位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，當反

6、饋電阻取為轉(zhuǎn)換器，當反饋電阻取為R/2時，輸出電壓的計算公式：時，輸出電壓的計算公式：輸出電壓的變化范圍輸出電壓的變化范圍:REFnnV2120優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，所用的電阻元件數(shù)很少。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，所用的電阻元件數(shù)很少。缺點：各電阻的阻值相差較大，不能保證有很缺點：各電阻的阻值相差較大，不能保證有很高的精度。高的精度。11.2.2、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)換器電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)求和放大求和放大器器模擬電子開模擬電子開關(guān)關(guān) 由于由于V-V+=0,所以開關(guān)所以開關(guān)S合到哪一邊，都相當合到哪一邊，都相當于接到了于接到了“地地”電位，流過每條電路的電流始終不電位，流過每條電路的電流始終

7、不變?？傻刃樽??？傻刃镽VIREF012316842dIdIdIdIiRVIREF= （d323+ d2 22 + d1 21 + d0 20）24VREFR取取RF=R)2222(2001122334ddddRVRiRvREFFFo)2222(2001122334ddddVvREFo n位輸入的倒位輸入的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，當反饋轉(zhuǎn)換器，當反饋電阻取為電阻取為R時，輸出電壓的計算公式：時，輸出電壓的計算公式：)22.22(200112211ddddVvnnnnnREFo優(yōu)點：優(yōu)點：（1）只有）只有R和和2R兩種阻值的電阻，可達到較高的兩種阻值的電阻，可達到較高的精度；精

8、度；（2）各支路電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)變化時，）各支路電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)變化時，不需電流建立時間，所以電路轉(zhuǎn)換速度高，使用不需電流建立時間，所以電路轉(zhuǎn)換速度高，使用廣泛。廣泛。11.2.3、權(quán)電流型、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器恒流源恒流源恒流源模型：恒流源模型：EiBEEEBiRVVVI 只要電路工作時保證只要電路工作時保證VB和和VEE穩(wěn)定不變，則穩(wěn)定不變，則三極管的集電極電流即可保持恒定，不受開關(guān)內(nèi)三極管的集電極電流即可保持恒定，不受開關(guān)內(nèi)阻的影響。阻的影響。)2222(2)2222(0011223340413223ddddIRdIdIdIdIRRivFFFo 為減少電阻阻值的種類

9、，在實用的權(quán)電流型為減少電阻阻值的種類，在實用的權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)常利用倒中，經(jīng)常利用倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用產(chǎn)生一組所需的恒流形電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用產(chǎn)生一組所需的恒流源。源。按比例加大發(fā)射結(jié)的面積按比例加大發(fā)射結(jié)的面積DAC0808電路結(jié)構(gòu)框圖電路結(jié)構(gòu)框圖已知已知VREF=10V kRR5 kRF5nnRREFFnFoDDRVRDIRv88821022芯片應(yīng)用：芯片應(yīng)用：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 CB75201010位數(shù)字輸入，模擬開關(guān)采用位數(shù)字輸入，模擬開關(guān)采用CMOSCMOS電路構(gòu)成電路構(gòu)成 需外接需外接運放運放、參考電壓參考電壓；反饋電阻反饋電阻可用內(nèi)部

10、電阻也可可用內(nèi)部電阻也可外接外接 Vdd14Iout11MSB-14BIT-25Iout22BIT-36BIT-47BIT-58Rfb16BIT-69BIT-710BIT-811VrefIN15BIT-912LSB-1013 AD7520 VREFVoGND3 A)22.22(200112211ddddVvnnnnnREFo典型接法典型接法1 反饋電阻使用內(nèi)部電阻反饋電阻使用內(nèi)部電阻其中反相輸入的電壓輸出為1010102DVRRRvREFW同相輸入的電壓輸出為：10101102)1 (DVRRvREFW典型接法典型接法2 反饋電阻使用外部電阻反饋電阻使用外部電阻對應(yīng)的輸出輸入的關(guān)系如表11-1

11、所示（反相）三個電位器的作用三個電位器的作用:RW2起到減小滿量程的目的，因為它是和內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電阻串聯(lián)，從而改變電流I；RW3是運算放大器的調(diào)零電阻。RW1可調(diào)節(jié)反饋電阻的阻值，使得運算放大器的放大比例系數(shù)增加，從而達到提高滿量程輸出電壓的目的；二進制算術(shù)運算中，正負數(shù)采用補碼表示。二進制算術(shù)運算中，正負數(shù)采用補碼表示。補碼的定義：補碼的定義：符號位：符號位：正數(shù)為正數(shù)為0 0，負數(shù)為，負數(shù)為1 1數(shù)值位：數(shù)值位：正數(shù)的數(shù)值位與原碼相同；負數(shù)的數(shù)值位為反碼加正數(shù)的數(shù)值位與原碼相同；負數(shù)的數(shù)值位為反碼加1 1以三位二進制補碼為例討論以三位二進制補碼為例討論 11.2.6具有雙極性輸出的具

12、有雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器例：例： 3 3符號位符號位0 0，數(shù)值位，數(shù)值位1111，補碼，補碼011 011 3 3符號位符號位1 1，數(shù)值位，數(shù)值位0101，補碼，補碼101101若在若在DACDAC輸入端輸入補碼，則輸出模擬電壓應(yīng)有正負兩種極性。輸入端輸入補碼，則輸出模擬電壓應(yīng)有正負兩種極性。故稱故稱雙極性輸出雙極性輸出。補碼補碼d d2 2d d1 1d d0 0對應(yīng)對應(yīng)十進十進制數(shù)制數(shù)要求要求輸出輸出電壓電壓011011+3+3+3+3V V010010+2+2+2+2V V001001+1+1+1+1V V0000000 00V0V111111-1-1-1V-1V110110

13、-2-2-2V-2V101101-3-3-3V-3V100100-4-4-4V-4V將符將符號位號位反相反相單極性單極性輸出輸出偏移偏移-4V-4V111111+7V+7V+3V+3V110110+6V+6V+2V+2V101101+5V+5V+1V+1V100100+4V+4V0V0V011011+3V+3V-1V-1V010010+2+2-2V-2V001001+1+1-3V-3V0000000 0-4V-4V使補碼輸入使補碼輸入d2d1d0=000時，輸出時，輸出vO=0即可。即可。 VB、RB的取值：的取值：思路思路： 符號位反相。符號位反相。加偏移電壓。加偏移電壓。 實現(xiàn)：實現(xiàn)： 符

14、號位經(jīng)非門反相后再輸入。符號位經(jīng)非門反相后再輸入。在反相端加偏移電壓在反相端加偏移電壓VB VREF(-8V)d0d1d2LSBMSBS2S1S02R2R2R2RRRvOR A-+ i1iBRBVB(+)BBnREFBORRVDVRiiv 32)(02223 BBREFRRVV令令可確定可確定VB、RB取值取值11.2.7 D/A轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度一、轉(zhuǎn)換精度一、轉(zhuǎn)換精度 以四位以四位DAC為例畫出轉(zhuǎn)換特性曲線為例畫出轉(zhuǎn)換特性曲線 級差越小，轉(zhuǎn)換精度越高，輸出越級差越小，轉(zhuǎn)換精度越高，輸出越接近于模擬（幅值上連續(xù)）信號；接近于模擬（幅值上連續(xù)）信號； 轉(zhuǎn)換精度的概

15、念：轉(zhuǎn)換精度的概念：可以看出輸出電壓在幅值上是不連可以看出輸出電壓在幅值上是不連續(xù)的，一個級差為續(xù)的，一個級差為 421REFVLSB 0000 0011 0110 1001 1100 11111/163/165/167/169/1611/1613/1615/16REFOVv最低位為最低位為1，其它位均為，其它位均為0時對應(yīng)的輸出電壓稱為時對應(yīng)的輸出電壓稱為1LSB，即，即nREFVLSB21 :01000121時時對對應(yīng)應(yīng)的的輸輸出出，故故 ddddnn輸入全為輸入全為1時對應(yīng)的輸出電壓稱為滿刻度輸出，用時對應(yīng)的輸出電壓稱為滿刻度輸出，用FSR表示，即表示，即:11110121時時對對應(yīng)應(yīng)的

16、的輸輸出出，故故 ddddnn) 12(2)2222(200112211 nnREFnnnnnREFVddddVFSR 在在D/A轉(zhuǎn)換器中，通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來轉(zhuǎn)換器中，通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述轉(zhuǎn)換精度。描述轉(zhuǎn)換精度。 分辨率用于表示分辨率用于表示D/A轉(zhuǎn)換器對輸入微小量變化敏轉(zhuǎn)換器對輸入微小量變化敏感程度的，定義為感程度的，定義為D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能分成轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能分成的等級數(shù)，從的等級數(shù)，從0000到到1111全部全部2n個不同的狀態(tài)，個不同的狀態(tài)，給出給出2n個不同的輸出電壓，位數(shù)越多，等級越多，意個不同的輸出電壓，位數(shù)越多，等級越多，意味著分辨率越高。所以在實

17、際應(yīng)用中，往往味著分辨率越高。所以在實際應(yīng)用中，往往用用輸入數(shù)輸入數(shù)字量的位數(shù)表示字量的位數(shù)表示D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率轉(zhuǎn)換器的分辨率。121A/Dn轉(zhuǎn)換器的分辨率1. 分辨率：（理論精度）分辨率：（理論精度）另外另外也用也用D/A轉(zhuǎn)換器能夠分辨出的最小電壓與最大電壓轉(zhuǎn)換器能夠分辨出的最小電壓與最大電壓之比表示分辨率之比表示分辨率，即，即如10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為001. 010231121102.轉(zhuǎn)換誤差（實際精度） 由于由于D/A轉(zhuǎn)換器的各個環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)換器的各個環(huán)節(jié)在參數(shù)及性能上和理論值存在著差異，參數(shù)及性能上和理論值存在著差異，如基準電壓不夠穩(wěn)定、運算放大器如基準電壓不夠穩(wěn)定、運算放大器的

18、零點漂移、模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻的零點漂移、模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降、電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻阻值和導(dǎo)通壓降、電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻阻值的偏差以及三極管特性不一致等等的偏差以及三極管特性不一致等等因素，都會使得實際精度與轉(zhuǎn)換誤因素，都會使得實際精度與轉(zhuǎn)換誤差有關(guān)系。差有關(guān)系。轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差是表示由各種因素引起是表示由各種因素引起誤差的一個綜合性的指標，它表誤差的一個綜合性的指標，它表示實際的示實際的D/A轉(zhuǎn)換器特性和理論轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器特性和理論轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差，如圖所換特性之間的最大偏差，如圖所示示圖圖11.2.16分辨率只反映了分辨率只反映了理論精度理論精度，實際精度實際精度與誤差有關(guān)（例正向偏差與誤差有關(guān)

19、（例正向偏差使級差加大，精度減?。?。使級差加大，精度減?。６x定義1： 定義定義2： 誤差的來源誤差的來源 VREF的波動；的波動；A的零漂，的零漂，S的導(dǎo)通電阻與壓降；的導(dǎo)通電阻與壓降；R的阻值偏差的阻值偏差 所謂所謂誤差誤差即指輸出電壓的即指輸出電壓的實際值與理論值的偏差實際值與理論值的偏差。單位：單位：LSB%100 FSR偏偏差差實實際際值值與與理理論論值值的的最最大大用用最低有效位的倍數(shù)表示最低有效位的倍數(shù)表示，如，如1LSB，即為輸出的模擬，即為輸出的模擬電壓和理論值之間的絕對誤差小于等于輸入為電壓和理論值之間的絕對誤差小于等于輸入為0001時時的輸出電壓。的輸出電壓。也用也用絕

20、對誤差與輸出電壓滿刻度的百分數(shù)來表示絕對誤差與輸出電壓滿刻度的百分數(shù)來表示例例9.2.1在圖在圖9.2.5的倒的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中，外接參考電壓轉(zhuǎn)換器中，外接參考電壓VREF=-10V，為保證，為保證VREF偏離標準值所引起的誤差小于偏離標準值所引起的誤差小于1/2LSB，試，試計算計算VREF的相對穩(wěn)定度是多少？的相對穩(wěn)定度是多少？解：解：nREFVLSB2221 ）（0022112222dddVvnnnnnREFO REFnnOVv 212max根據(jù)要求根據(jù)要求LSBvO21max %05. 0212112221122VV111110101nnnREFREF mVVVn

21、nnREFREF512221 12212 nREFREFnnVV即即允許參考電壓的變化量為允許參考電壓的變化量為5mV二、二、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度指標：指標：建立時間建立時間tset定義：定義：從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，直到輸出電壓進入與從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，直到輸出電壓進入與穩(wěn)態(tài)值相差穩(wěn)態(tài)值相差1/2LSB范圍內(nèi)的時間稱為建立時間。范圍內(nèi)的時間稱為建立時間。不包含運放的不包含運放的DAC中，中， tset可達可達0.1us包含運放的包含運放的DAC中，中， tset可達可達1.5us當需外加運放構(gòu)成當需外加運放構(gòu)成DAC時，應(yīng)采用轉(zhuǎn)換速率快的運放。時，應(yīng)采用轉(zhuǎn)換速率

22、快的運放。轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR：指輸入數(shù)字量各位由全指輸入數(shù)字量各位由全0變?yōu)槿優(yōu)槿?或由或由全全1變?yōu)槿優(yōu)槿?時，輸出電壓的變化率。時，輸出電壓的變化率。穩(wěn)態(tài)值LSB21tsettvO011.3 11.3 AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器器UI輸入模擬電壓輸入模擬電壓D7D0輸出數(shù)字量輸出數(shù)字量0 5V0000000011111111一、一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 dn-1d1d0數(shù) 字 量 輸 出(n位 )ADC的 數(shù) 字化 編 碼 電 路 CPS SCADC采 樣 -保 持 電 路采 樣 展 寬 信 號輸 入 模 擬 電 壓ui(t)us(t)取樣保持取樣保持 取樣是對模擬信取樣是對模擬信

23、號進行周期性地抽取號進行周期性地抽取樣值的過程，就是把樣值的過程，就是把隨時間連續(xù)變化的信隨時間連續(xù)變化的信號轉(zhuǎn)換成在時間上斷號轉(zhuǎn)換成在時間上斷續(xù)、在幅度上等于取續(xù)、在幅度上等于取樣時間內(nèi)模擬信號大樣時間內(nèi)模擬信號大小的一串脈沖。小的一串脈沖。取樣定理：取樣定理：fs2fi(max)輸入模擬信號的最高輸入模擬信號的最高頻率分量的頻率頻率分量的頻率取樣頻率取樣頻率量化編碼量化編碼 將取樣保持電路的輸出電壓，按某種近似方式歸化到與之將取樣保持電路的輸出電壓，按某種近似方式歸化到與之相應(yīng)的離散電平上，這一轉(zhuǎn)化過程稱為數(shù)值量化，簡稱相應(yīng)的離散電平上，這一轉(zhuǎn)化過程稱為數(shù)值量化，簡稱量化量化。把幅值連續(xù)變

24、化的電壓轉(zhuǎn)化為所規(guī)定的單位量化電壓的整數(shù)倍把幅值連續(xù)變化的電壓轉(zhuǎn)化為所規(guī)定的單位量化電壓的整數(shù)倍 量化后的數(shù)值最后還須通過編碼過程用一個代量化后的數(shù)值最后還須通過編碼過程用一個代碼表示出來，這一過程稱為碼表示出來，這一過程稱為編碼編碼。 將取樣電壓表示為一個最小單位的整數(shù)倍，所將取樣電壓表示為一個最小單位的整數(shù)倍，所取的最小數(shù)量單位稱為量化單位，用取的最小數(shù)量單位稱為量化單位，用 表示。表示。最大量化誤差為最大量化誤差為，即，即18V最大量化誤差為最大量化誤差為1/2，即，即115V取取 81取取 152只舍不入法只舍不入法0到到0.7V模擬電壓轉(zhuǎn)化為三位二進制數(shù)碼的量化過程模擬電壓轉(zhuǎn)化為三位

25、二進制數(shù)碼的量化過程四舍五入法四舍五入法對雙極性模擬電壓的量化和編碼對雙極性模擬電壓的量化和編碼二進制補二進制補碼的形式碼的形式編碼編碼11.3.3并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器思路：思路：用比較器實現(xiàn)量化，編碼器實現(xiàn)數(shù)字量輸出。用比較器實現(xiàn)量化，編碼器實現(xiàn)數(shù)字量輸出。-+-+-+-+-+-+-+1DC11DC11DC11DC11DC11DC11DC111111 11 1FF1FF2FF3FF4FF5FF6FF7C1C7C6C5C4C3C2RRRRRRRR/21513REFV153REFV15REFV電壓比較器寄存器代碼轉(zhuǎn)換器CPvIVREFd2(MSB)(22)d1(21)d0(LSB)(

26、20)電壓比較器：電壓比較器由電阻分壓器和七個比較器構(gòu)成電壓比較器：電壓比較器由電阻分壓器和七個比較器構(gòu)成。在電阻分壓器中，量化電平依據(jù)有舍有入法進行劃分，。在電阻分壓器中，量化電平依據(jù)有舍有入法進行劃分，電阻鏈把參考電壓電阻鏈把參考電壓UR分壓，得到從分壓，得到從1/16UR到到13/16UR之間七之間七個量化電平，量化單位為個量化電平，量化單位為=(2/16)UR=(1/8)UR。然后，把這。然后，把這七個量化電平分別接到七個電壓比較器七個量化電平分別接到七個電壓比較器C6C0的負輸入端，的負輸入端，作為比較基準。同時，將模擬輸入作為比較基準。同時，將模擬輸入UIN接到七個電壓比較器接到七

27、個電壓比較器的正輸入端，與這七個量化電平進行比較。若的正輸入端，與這七個量化電平進行比較。若UIN大于比較大于比較器器的參考電平，則比較器的輸出的參考電平，則比較器的輸出Ci=1，否則，否則Ci=0。 電壓比較器輸出電壓比較器輸出輸入模擬電壓vI寄存器狀態(tài)（代碼轉(zhuǎn)換器輸入）C C7 7C C6 6C C5 5C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1數(shù)字量輸出（代碼轉(zhuǎn)換器輸出）d2 d1 d0(01/15)VREF0 0 0 0 0 0 00 0 0(1/153/15)VREF0 0 0 0 0 0 10 0 1(3/155/15)VREF0 0 0 0 0

28、1 10 1 0(5/157/15)VREF0 0 0 0 1 1 10 1 1(7/159/15)VREF0 0 0 1 1 1 11 0 0(9/1511/15)VREF0 0 1 1 1 1 11 0 1(11/1513/15)VREF0 1 1 1 1 1 11 1 0(13/151)VREF1 1 1 1 1 1 11 1 112345670246142QQQQQQQdQQQdQd 編碼器：由六個與非編碼器：由六個與非門構(gòu)成。將比較器送來門構(gòu)成。將比較器送來的七位二進制碼轉(zhuǎn)換成的七位二進制碼轉(zhuǎn)換成三位二進制代碼三位二進制代碼D2、D1、D0。編碼網(wǎng)絡(luò)的邏輯關(guān)。編碼網(wǎng)絡(luò)的邏輯關(guān)系為系為

29、 寄存器：由七個寄存器：由七個D觸發(fā)器構(gòu)成。在時鐘脈沖觸發(fā)器構(gòu)成。在時鐘脈沖CP的作用下，將的作用下，將比較結(jié)果暫時寄存，以供編碼用。比較結(jié)果暫時寄存，以供編碼用。 l特點：特點：l速度快速度快l不用附加采樣保持電路不用附加采樣保持電路l所用器件多，所用器件多，n位位A/D轉(zhuǎn)換需轉(zhuǎn)換需2n-1個比較器和觸發(fā)器個比較器和觸發(fā)器例如，假設(shè)模擬輸入UIN=3.8V，UR=8V。當模擬輸入UIN=3.8V加到各級比較器時，由于 因此，比較器的輸出C6C0為0001111。在時鐘脈沖作用下，比較器的輸出存入寄存器，經(jīng)編碼網(wǎng)絡(luò)輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果：D2D1D0=100。這也就是并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器的工作過

30、程。 VUVURR5 . 4169,5 . 3167由上述分析可知，并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度很快，其轉(zhuǎn)換速度實際上取決于器件的速度和時鐘脈沖的寬度。但電路復(fù)雜，對于一個n位二進制輸出的并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器，需 n-1個電壓比較器和2n-1個觸發(fā)器，編碼電路也隨n的增大變得相當復(fù)雜。其轉(zhuǎn)換精度將受分壓網(wǎng)絡(luò)和電壓比較器靈敏度的限制。 因此， 這種轉(zhuǎn)換器適用于高速， 精度較低的場合。 二、反饋比較型二、反饋比較型ADC基本思路：基本思路：取一個取一個數(shù)字量數(shù)字量加到加到D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器上，于是得到一個對應(yīng)的上，于是得到一個對應(yīng)的輸出模擬電壓輸出模擬電壓。將這個模擬電壓和。將這個模擬電壓和

31、輸入的模擬信號輸入的模擬信號電壓電壓相比較相比較，如，如果兩者果兩者不相等不相等，則，則調(diào)整調(diào)整所取得的數(shù)字量，直到兩個模擬電壓所取得的數(shù)字量，直到兩個模擬電壓相等相等為為止，最后所取得的數(shù)字量就是所求的止，最后所取得的數(shù)字量就是所求的轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果。1.計數(shù)型計數(shù)型ADC方框圖方框圖DAC計數(shù)器計數(shù)器輸出寄存器輸出寄存器脈沖源脈沖源C-+vBvI模擬輸入模擬輸入并行數(shù)字輸出并行數(shù)字輸出MSBLSBLSBMSBvOCP&vLG控制轉(zhuǎn)換信號控制轉(zhuǎn)換信號計數(shù)器對脈沖源計數(shù)，其輸出為數(shù)字量，該數(shù)字量送入計數(shù)器對脈沖源計數(shù)，其輸出為數(shù)字量，該數(shù)字量送入DAC，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換為模擬信號換為模擬信號v

32、O，與，與vI比較，若比較，若vOvI，則計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)，則計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)，vO增增加，直至加，直至vO=vI，計數(shù)停止，此時的計數(shù)值就是，計數(shù)停止，此時的計數(shù)值就是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。轉(zhuǎn)換結(jié)果?；驹恚夯驹恚汗ぷ鬟^程：工作過程：轉(zhuǎn)換前，轉(zhuǎn)換前， vL=0，門門G被封鎖，計數(shù)器不工作，輸出為被封鎖，計數(shù)器不工作，輸出為0，vOvI，則，則C輸出控制信號使寄輸出控制信號使寄存器輸出存器輸出0100；若；若vO vI，則，則C輸出控制信號使寄存器輸出控制信號使寄存器去掉去掉第二位第二位1，并使第三位置，并使第三位置1，若，若vO 0A_+S1S0RC積分器積分器比較器比較器-VREF0A_+S1

33、S0RC積分器積分器比較器比較器-VREF0特點：特點：穩(wěn)定穩(wěn)定R、C、TC的變化不會影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的變化不會影響轉(zhuǎn)換結(jié)果抗干擾性強抗干擾性強若若vI引進對稱干擾，在引進對稱干擾，在T1期間積分值為期間積分值為0，故，故VO1不變，轉(zhuǎn)換結(jié)果不變。不變，轉(zhuǎn)換結(jié)果不變。常見干擾為常見干擾為50Hz干擾，故應(yīng)取干擾，故應(yīng)取TC為為0.02s的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。速度慢速度慢 最長積分時間：最長積分時間：2T1=2n+1TC由此也可得出該電路要求：由此也可得出該電路要求：vIVREF否則計數(shù)器計滿值時，否則計數(shù)器計滿值時，vO也不會上升到也不會上升到0，轉(zhuǎn)而又對，轉(zhuǎn)而又對vI積分積分IREFnvVD2 對稱干擾對稱干擾T1vItvOtT1T1T2T1VO1vOt二、二、V-F變換型變換型ADC在在TG時間里對時間里對vO進行計數(shù)，計數(shù)值正比于進行計數(shù)，計數(shù)值正比于vI特點：特點： 適于遙控遙測系統(tǒng)中，因適于遙控遙測系統(tǒng)中，因vO為調(diào)頻信號，易于遠距離傳輸為調(diào)頻信號，易于遠距離傳輸轉(zhuǎn)換速度慢轉(zhuǎn)換速度慢基本思路：基本思路：將電壓將電壓V轉(zhuǎn)換成與之成正比的頻率信號，并在固定時間內(nèi)對其轉(zhuǎn)換成與之成正比的頻率信號，并在固定時間內(nèi)對其進行計數(shù)，則計數(shù)結(jié)果進行計數(shù)，則計數(shù)結(jié)果(正比于電壓正比于電壓V)即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。即為轉(zhuǎn)換結(jié)果