數(shù)字電路課件

第7章數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路課時(shí)：3學(xué)時(shí)第7章數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路7.1D/A轉(zhuǎn)換器7.2A/D轉(zhuǎn)換器本章小結(jié)7.1D/A轉(zhuǎn)換器7.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理7.1.2倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器7.1.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)7.1.4D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例7.1.5D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)7.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理

對(duì)于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。7.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器所以，無(wú)論Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均接“地”（地或虛地）。圖中S0～S3為模擬開(kāi)關(guān)，由輸入數(shù)碼Di控制，當(dāng)Di=1時(shí)，Si接運(yùn)算放大器反相輸入端（虛地），電流Ii流入求和電路；當(dāng)Di=0時(shí)，Si將電阻2R接地?；鶞?zhǔn)電流:I=VREF/R，流過(guò)各開(kāi)關(guān)支路（從右到左）的電流分別為I/2、I/4、I/8、I/16。將輸入數(shù)字量擴(kuò)展到n位，則有：可簡(jiǎn)寫(xiě)為：vO=－KNB

輸出電壓：總電流：其中：分析計(jì)算：7.1.3權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器為進(jìn)一步提高D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，可采用權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器。圖示為一4位權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器原理電路。這組恒流源從高位到低位電流的大小依次為I/2、I/4、I/8、I/16。7.1.4D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例DAC0808是8位權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器，其中D0～D7是數(shù)字量輸入端。使用時(shí)，需要外接運(yùn)算放大器和產(chǎn)生基準(zhǔn)電流用的電阻R1。當(dāng)VREF=10V、R1=5kΩ、Rf=5kΩ時(shí)，輸出電壓為：DAC0808D/A轉(zhuǎn)換器輸出與輸入的關(guān)系（設(shè)VREF=10V）1.轉(zhuǎn)換精度7.1.5D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（2）轉(zhuǎn)換誤差——比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差、非線性誤差。此外，也可用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓(數(shù)字量：00000001)與最大輸出電壓(數(shù)字量：全1）之比來(lái)表示分辨率，N位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為1/（2n-1）。（1）分辨率——D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級(jí)數(shù)。輸入數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率越高。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，常用數(shù)字量的位數(shù)表示D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。vO=-KNB最小vO=-KNB=-K×1

最大vO=-KNB=-K×(2n-1)7.1.5D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)2.轉(zhuǎn)換速度3.溫度系數(shù)——在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1℃，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。（2）轉(zhuǎn)換速率（SR）——在大信號(hào)工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。（1）建立時(shí)間（tset）——當(dāng)輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需時(shí)間。最短可達(dá)0.1μS。7.2A/D轉(zhuǎn)換器7.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理7.2.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器7.2.3逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器7.2.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器7.2.5A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)7.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理一．A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟

由于輸入的模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)量，所以一般的A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程為：

取樣、保持、量化和編碼。二．取樣—保持電路電路組成及工作原理（取Ri=Rf）:當(dāng)vL為高電平時(shí)，T導(dǎo)通，vI經(jīng)Ri和T向電容Ch充電。vO=－vI=vC。當(dāng)vL返回低電平后，T截止。Ch無(wú)放電回路，所以vO的數(shù)值可被保存下來(lái)。01tvI00110110vIt基本原理：7.2.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器3位并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器

并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器真值表輸入模擬電壓寄存器狀態(tài)數(shù)字量輸出D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1（0～1/15）VREF（1/15～3/15）VREF（3/15～5/15）VREF（5/15～7/15）VREF（7/15～9/15）VREF（9/15～11/15）VREF（11/15～13/15）VREF（13/15～1）VREF00000000000001000001100001110001111001111101111111111111000001010011100101110111輸入輸出EI

I0

I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1××××××××11111011111111111100×××××××0000010××××××01001010×××××011010010××××0111011010×××01111100010××011111101010×01111111100100111111111101P96集成優(yōu)先編碼器——74148（8線-3線）7.2.3逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器1．轉(zhuǎn)換原理：G≈d3g3+d2g2+d1g1+d0g0di1有效0無(wú)效有效砝碼的總重量逐次逼近重物的重量：2．帶轉(zhuǎn)炊換框妨圖：3．霸邏許輯電堤路1011111101000011110010100111111011010101007.古2.論4雙積渾分型辰A/泄D轉(zhuǎn)墻換器它由句積分緊器、喜過(guò)零槍比較犬器（要C）笑、時(shí)學(xué)鐘脈主沖控示制門(mén)沸（G道）和以定時(shí)情器、采計(jì)數(shù)蛾器（漁FF0～F濕Fn）等家?guī)撞看叻纸M形成。（2狠）第騾一次映積分榴階段工作冷原理轉(zhuǎn)：（1）準(zhǔn)隊(duì)備階慨段計(jì)數(shù)租器清淺零，積分騰電容撈放電寬，vO=0疲V。t=0納時(shí)，賞開(kāi)關(guān)圣S1與A育端接通槽，輸櫻入電剖壓vI加到積分男器的嘴輸入濫端。寺積分器從黑0開(kāi)否始積孝分：由于vO<0刮V，欺過(guò)零據(jù)比較褲器輸炊出vC=1匆，控怨制門(mén)沾G打勉開(kāi)。繪計(jì)數(shù)菠器從拴0開(kāi)焰始計(jì)素?cái)?shù)。t=T1=2nTC經(jīng)過(guò)嬸2n個(gè)時(shí)似鐘脈爺沖后跨，觸疫發(fā)器膨FF0～F爬Fn－程1都翻共轉(zhuǎn)到愈0態(tài)反，而嗽Qn=1煉，開(kāi)慢關(guān)S1由A激點(diǎn)轉(zhuǎn)嚼到B駝點(diǎn)，屠第一墻次積圣分結(jié)悅束。休第一啊次積煤分時(shí)內(nèi)間為壇：（3跳）第唉二次王積分頁(yè)階段第一跌次積剝分結(jié)擴(kuò)束時(shí)逢，積殲分器控的輸獻(xiàn)出電置壓VP為：當(dāng)t=t1時(shí)，益S1轉(zhuǎn)接解到B籌點(diǎn)，談基準(zhǔn)友電壓趨－VRE很F加到龜積分遣器的鋼輸入餅端；房誠(chéng)積分呢器開(kāi)始勿反向?qū)O積分華。當(dāng)t=t2時(shí)，勤積分返器輸睡出電馳壓vO>0處V，巡壽比較驚器輸朵出vC=0濾，控慈制門(mén)見(jiàn)G被舞關(guān)閉序，計(jì)娃數(shù)停閘止。同時(shí)撲，N寶級(jí)計(jì)篩數(shù)器獄又從傘0開(kāi)降始計(jì)轟數(shù)。在此速階段籌結(jié)束甲時(shí)vO的表秘達(dá)式美可寫(xiě)抽為：設(shè)T2=t2－t1，于星是有剃：設(shè)在得此期元間計(jì)鋤數(shù)器花所累蹦計(jì)的殿時(shí)鐘亞脈沖禍個(gè)數(shù)揚(yáng)為λ，則寨：可見(jiàn)趁，T2與VI成正余比，策T2就是增雙積滋分A苗/D泛轉(zhuǎn)換般過(guò)程激的中擱間變籍量。上式貞表明繼，計(jì)駝數(shù)器草中所友計(jì)得烘的數(shù)λ（λ=修Qn-福1…Q1Q0），閉與在徒取樣藥時(shí)間款T1內(nèi)輸扯入電坑壓的石平均妨值VI成正令比。崖只要赴VI<VRE割F，轉(zhuǎn)輔換器肺就能鐮將輸照入電斤壓轉(zhuǎn)欺換為途數(shù)字吉量。T2=λTC7.感2.晶5威A/側(cè)D轉(zhuǎn)正換器賄的主引要技炒術(shù)指全標(biāo)（1然）分寸辨率——柴說(shuō)明辛A/符D轉(zhuǎn)員換器黃對(duì)輸繳入信繪號(hào)的罩分辨喇能力細(xì)。一般員以輸走出二欣進(jìn)制臘（或浴十進(jìn)奔制）職數(shù)的擱位數(shù)駐表示摔。因弦為，假在最籌大輸魯入電迅壓一盾定時(shí)奏，輸籃出位萬(wàn)數(shù)愈挑多，值量化份單位架愈小浮，分稱辨率歸愈高隆。1.廢轉(zhuǎn)標(biāo)換精慌度例如沃，相寇對(duì)誤膏差≤±LS術(shù)B/騙2，攏就表浪明實(shí)丑際輸剃出的陪數(shù)字須量和庸理論恥上應(yīng)衣得到雖的輸眨出數(shù)爪字量同之間薄的誤辨差小秘于最玻低位柏的半部個(gè)字憤。（2鴉）轉(zhuǎn)默換誤杏差——價(jià)它表穩(wěn)示A頭/D駁轉(zhuǎn)換綿器實(shí)絡(luò)際輸呆出的煉數(shù)字胸量和球理論彼上的壩輸出饞數(shù)字落量之悲間的圖差別彎。常信用最妹低有先效位茄的倍顯數(shù)表陜示。2.據(jù)轉(zhuǎn)鬼?yè)Q時(shí)導(dǎo)間——罪指從竟轉(zhuǎn)換突控制帥信號(hào)萄到來(lái)儀開(kāi)始矛，到?jīng)Q輸出畢端得爬到穩(wěn)伍定的況數(shù)字懲信號(hào)限所經(jīng)部過(guò)的無(wú)時(shí)間屠。并行壇比較潔A/報(bào)D轉(zhuǎn)憑換器梯轉(zhuǎn)換右速度航最高疲；逐喉次比捎較型武A/幼D轉(zhuǎn)缸換器醫(yī)次之鞭；間想接A壩/D硬轉(zhuǎn)換挪器的桂速度閥最慢子。本章吼小結(jié)1．騰A/丘D和擇D/漠A轉(zhuǎn)騾換器薯是現(xiàn)鄙代數(shù)民字系燈統(tǒng)的編重要乘部件祖，應(yīng)棟用日丈益廣塞泛。5．肢A/飲D轉(zhuǎn)有換器杠和D毅/A效轉(zhuǎn)換廊器的商主要杠技術(shù)膚參數(shù)浮是轉(zhuǎn)籍換精險(xiǎn)度和漿轉(zhuǎn)換君速度受，在翁與系堵統(tǒng)連廈接后礎(chǔ)，轉(zhuǎn)隔換器池的這名兩項(xiàng)群指標(biāo)猛決定虎了系破統(tǒng)的厘精度乖與速賊度。躺目前廁，A賓/D丑與D饅/A拆轉(zhuǎn)換踢器的少發(fā)展挎趨勢(shì)滿是高損速度咐、高姻分辨表率及既易于標(biāo)與微撐型計(jì)膚算機(jī)棉接口眼，用博以滿傭