數(shù)字電子技術(shù)（第3版）-課件 第九章

數(shù)字電子技術(shù)中北大學(xué)

DigitalElectronicsTechnology2第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

一概述二D/A

轉(zhuǎn)換器

三A/D

轉(zhuǎn)換器四本章小結(jié)主要要求：

理解數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的概念和作用。9.1概述第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

一、數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念和作用數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量(電壓或電流)，使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比。實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器

Digital-AnalogConverter，簡稱

D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。

模數(shù)轉(zhuǎn)換即將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使輸出的數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。

實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器

Analog-DigitalConverter，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

模擬量數(shù)字量模擬量數(shù)字量傳感器被控對象

自然界物理量為何要進行數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換？第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

主要要求：

了解數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理。9.2

D/A

轉(zhuǎn)換器

了解幾種D/A轉(zhuǎn)換器的電路與工作原理。

了解集成DAC的應(yīng)用。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理

輸出模擬電壓

uO=

D△=(Dn-12n-1+Dn-22n-2+

+D121+D020)△可見，uO∝

D，uO的大小反映了數(shù)字量

D

的大小。DACD0D1Dn-2Dn-1…uOn

位二進制數(shù)輸入模擬電壓輸出一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理

LSB—LeastSignificantBit

輸入數(shù)字量D=(Dn-1

Dn-2

D1

D0)2

=Dn-12n-1+Dn-22n-2+

+D121+D020

△是DAC能輸出的最小電壓值，稱為DAC的單位量化電壓，它等于D

最低位(LSB)為1、其余各位均為0時的模擬輸出電壓(用ULSB

表示)。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

二、分類其中，權(quán)電流型、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型轉(zhuǎn)換速度快，性能好，因而被廣泛采用，權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換精度高，性能最佳。

DAC權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DACT型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC權(quán)電流型DAC倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

根據(jù)譯碼網(wǎng)絡(luò)的不同，DAC可以分為：第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

三、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

（一）電路組成與工作原理下圖是4位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖，它是由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、4個電子模擬開關(guān)和1個求和放大器組成。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1.S3~S0:為電子開關(guān)，其狀態(tài)受輸入數(shù)碼d3~d0的取值控制。當di＝1時開關(guān)接到參考電壓VREF上，有支路電流Ii流向求和放大器；當di＝0時開關(guān)接地，支路電流Ii為零。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

2.求和放大器A：為一個接成負反饋的理想運算放大器。即：AV＝∞，iI＝0，Ro＝0。由于負反饋，存在虛短和虛斷，即V－≈V＋＝0，iI＝0。

3.VREF：基準電壓第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

（二）輸出電壓的計算：

輸出電壓為：

由于V-≈V+＝0，故每個支路電流表示為：第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

取RF＝R/2，則輸出電壓為第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

上式標明，輸出的模擬電壓與輸入的數(shù)字量Dn成正比。注：1.若VREF取正值，則輸出電壓為負值。若想輸出電壓為正值，可以將VREF取負值。2.優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單，所用的電阻元件少。缺點：各個電阻的阻值相差較大，輸入數(shù)字量的位數(shù)越多，差別就越大，故很難保證電阻的精確度。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

四、T型網(wǎng)絡(luò)DAC

電路組成與工作原理輸入數(shù)字量d3d2d1d0分別控制開關(guān)s3s2s1s0。當di=0時，si倒向“地”；當di=1時，si倒向VREF。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

設(shè)d3d2d1d0=0001

電流I=VREF/3R,且每經(jīng)過一個節(jié)點就衰減二分之一，所以流入運放的電流是I/16。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

其中，I=VREF/3R第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

優(yōu)點：所用電阻的阻值種類少缺點：電阻數(shù)目比權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的電阻數(shù)目多的多第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

在權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和T型網(wǎng)絡(luò)DAC中，由于電子開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，流過它們的電流變化很大，所以使輸出產(chǎn)生過渡干擾脈沖，給系統(tǒng)帶來危害。S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRR

(一)電路組成與轉(zhuǎn)換原理

五、R-2R

倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

由倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)和一個電流電壓轉(zhuǎn)換電路(簡稱I/U

轉(zhuǎn)換電路)組成。模擬開關(guān)Si

打向“1”側(cè)時，相應(yīng)2R

支路接虛地；打向“0”側(cè)時，相應(yīng)2R

支路接地。故無論開關(guān)打向哪一側(cè)，倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)均可等效為下圖：第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

從A、B、C節(jié)點向左看去，各節(jié)點對地的等效電阻均為2R。所以：第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

uO=

-

D

·

即：對n

位

DAC，uO=

-

D

·

若取RF=R，則uO=

-

D

·

n

位DAC將參考電壓VREF

分成2n

份，uO

是每份的D

倍。調(diào)節(jié)VREF

可調(diào)節(jié)DAC的輸出電壓。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

優(yōu)點：1.只有兩種電阻,便于集成、制造和擴展位數(shù)。2.各支路電流直接流入運算放大器的輸入端，不存在傳輸時間差，提高了轉(zhuǎn)換速度，減少了動態(tài)過程中輸出端可能出現(xiàn)的尖峰脈沖。缺點：從模擬開關(guān)的工作原理可知,這三種D/A轉(zhuǎn)換器都把模擬開關(guān)當作理想開關(guān)處理,沒有考慮它們的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通電壓。導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通電壓影響轉(zhuǎn)換精度。六、權(quán)電流型DAC

倒T型D/A轉(zhuǎn)換器具有較高的轉(zhuǎn)換速度，但由于電路中的電子開關(guān)存在導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降，當流過各支路的電流稍有變化時，就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

4位權(quán)電流型DAC的原理圖

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

優(yōu)點：1.每個支路電流大小不再受開關(guān)內(nèi)阻和壓降的的影響,從而降低了對開關(guān)電路的要求。2.轉(zhuǎn)換精度高。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

七、D/A轉(zhuǎn)換器的組成：1.求和運算放大器：實現(xiàn)求和。通常接成反相比例求和。2.模擬開關(guān)：控制d=0或d=1時，求和電路的項數(shù)。3.譯碼網(wǎng)絡(luò)：用來實現(xiàn)2n-1…..20。4.基準電源：保證系數(shù)K的一致性，要求精度高。1.分辨率

DAC的最小輸出電壓變化量，也即DAC的最小輸出電壓值表示滿度輸出電壓值，F(xiàn)SR即FullScaleRange指D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出所能產(chǎn)生的最小電壓變化量與滿刻度輸出電壓之比。

UFSR=uO|D=11

1=(2n–1)ULSBn位均為1例如，一個10位的DAC，分辨率為0.000978。DAC的位數(shù)越多，分辨率值就越小，能分辨的最小輸出電壓值也越小。八、DAC

的主要參數(shù)

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

要獲得較高精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，除了正確選用DAC的位數(shù)外，還要選用低漂移高精度的求和運算放大器。

3.

轉(zhuǎn)換時間指DAC在輸入數(shù)字信號開始轉(zhuǎn)換，到輸出的模擬信號達到穩(wěn)定值所需的時間。轉(zhuǎn)換時間越小，轉(zhuǎn)換速度就越高。2.

轉(zhuǎn)換精度

指DAC實際輸出模擬電壓與理想輸出模擬電壓間的最大誤差。它是一個綜合指標，不僅與DAC中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且與環(huán)境溫度、求和運算放大器的溫度漂移以及轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。

通常要求DAC的誤差小于ULSB/2。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

四、集成DAC應(yīng)用舉例九、集成DAC應(yīng)用舉例1.集成DAC簡介常用集成DAC有兩類：一類內(nèi)部僅含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開關(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)和電子模擬開關(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，便于和微處理器進行連接，多用于微機控制系統(tǒng)中。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

2.8位CMOS集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7524簡介數(shù)據(jù)鎖存器20k

20k

20k

20k

20kΩ……10k

10k

10k

10k

…VDDVREF151213CSWR45611D7

(MSB)D6D5D0

(LSB)S0S1S2S7OUT112316iΣRFBOUT2GND基準電壓輸入端

VREF

可正可負

片選控制端

電源電壓范圍+5V~+15V

8位數(shù)據(jù)輸入端，其電平與TTL電平兼容。MSB表示最高位，LSB表示最低位。接地端

內(nèi)部反饋電阻RF

的引出端

兩個輸出端，一般將OUT2

接地，OUT1

接運放反向端。

寫信號控制端

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

8位倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器:

當、都為低電平時，數(shù)字輸入數(shù)據(jù)在輸出端產(chǎn)生電流輸出；當這兩個端都為高電平時，數(shù)字輸入數(shù)據(jù)被鎖存。在鎖存狀態(tài)下，輸入數(shù)據(jù)的變化不影響輸出值?；鶞孰妷嚎稍?～25V之間選擇，且電壓極性可正可負。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

(1)單極性輸出的連接電路若取基準電壓，則

3.AD7524輸出的連接電路第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

(2)雙極性輸出的連接電路AD7524雙極性輸出連接電路

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

4.集成D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用(1)數(shù)控波形發(fā)生器位數(shù)越多，階梯波的線性度越好。如果把計數(shù)器的計數(shù)值作為地址碼送到只讀存儲器的地址輸入端，再把只讀存儲器的輸出數(shù)據(jù)送給D/A轉(zhuǎn)換器，并在輸出端加低通濾波器，便可組成一個任意波形發(fā)生器。波形的形狀取決于只讀存儲器的數(shù)據(jù)，改變存儲數(shù)據(jù)，就可改變波形的形狀。

15階階梯波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)框圖和輸出波形第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

(2)程控增益放大器程控增益放大器

流入基準電壓端的電流為：

流向運算放大器反相輸入端的總電流為：流入反饋電阻端的電流為：第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

由于，所以有：若取，則電壓放大倍數(shù)(即放大器增益)為：第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

(3)其他應(yīng)用

由于電壓也可以轉(zhuǎn)換為頻率，因此利用DAC也可以實現(xiàn)數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換，還可以利用DAC實現(xiàn)采樣-保持電路。1.DAC中電阻網(wǎng)絡(luò)的功能是什么？2.倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC與權(quán)電流型DAC，哪一種的轉(zhuǎn)換精度高？為什么？3.分析DAC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，指出影響DAC精度的因素有哪些？4.對于階梯波發(fā)生器來說，要輸出光滑的模擬信號，低通濾波器的參數(shù)如何確定？思考題：主要要求：

了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理。9.3

A/D

轉(zhuǎn)換器

了解常用A/D轉(zhuǎn)換器。了解A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

了解集成A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理和一般步驟

“[]”表示取整?；驹鞟DCD0D1Dn-2Dn-1…uI模擬輸入信號n

位二進制數(shù)輸出

D=Dn-1

Dn-2

D1

D0可見，輸出數(shù)字量D

正比于輸入模擬量uI?！鞣Q為ADC的單位量化電壓或量化單位，它是ADC的最小分辨電壓。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

采樣：把時間連續(xù)變化的信號變換為時間離散的信號。

保持：保持采樣信號，使有充分時間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。A/D

轉(zhuǎn)換的一般步驟uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0…uI

(t)S采樣保持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

采樣保持：按一定時間間隔對UI采樣，并使之在這個時間間隔中保持不變。量化：把采樣保持電路的輸出信號用單位量化電壓的

整數(shù)倍表示。

編碼：把量化的結(jié)果用二進制代碼表示。A/D

轉(zhuǎn)換的一般步驟uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0…uI

(t)S采樣保持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

如果對輸入的模擬電壓進行諧波分析，必然得出它是由若干個不同頻率正弦波組成。只有在采樣頻率足夠高的情況下，才能準確的用采樣信號表示輸入電壓。采樣定理：當采樣頻率fs不小于輸入模擬信號頻譜中最高頻率fimax的兩倍時，采樣信號可以不失真地恢復(fù)為原模擬信號。即：

fs≥2fimax對信號進行量化會引起誤差嗎？

若采樣頻率滿足采樣定理，則采樣電壓經(jīng)過低通濾波器后可以還原為輸入電壓。量化誤差：輸出的每一個代碼都代表一個輸入電壓的范圍，必然會引起的誤差。

量化誤差大小與ADC的位數(shù)、基準電壓VREF

和量化方法有關(guān)。

量化只舍不入有舍有入第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

劃分量化電平的兩種方法最大量化誤差==(1/8)V最大量化誤差

=/2=(1/15)V1=1/8V4=4/8V0(6/8)V(7/8)V000001010011100101110111模擬電平二進制代碼代表的模擬電平0=0V2=2/8V3=3/8V5=5/8V6=6/8V7=7/8V(5/8)V(4/8)V(3/8)V(2/8)V(1/8)V(8/8)V模擬電平二進制代碼代表的模擬電平0=0V1=2/15V2=4/15V3=6/15V4=8/15V5=10/15V6=12/15V7=14/15V(13/15)V0000001010011100101110111(11/15)V(15/15)V(9/15)V(3/15)V(7/15)V(1/15)V(5/15)V第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

采樣保持電路

采樣保持電路

步驟：（1）采樣時，使UL為高電平，VT導(dǎo)通，UI經(jīng)RI向電容C充電，充電結(jié)束后，UO=UC=-UI。（2）UL躍變?yōu)榈碗娖胶螅琕T截止，C上的電壓基本保持不變。（3）當下一個采樣控制信號UL躍變?yōu)楦唠娖胶螅琕T又導(dǎo)通，電容C上的電壓又跟隨此時的輸入信號UI而變化。A/D轉(zhuǎn)換器直接型間接型并行比較型反饋比較型計數(shù)型逐次逼近型電壓-時間變換型—雙積分型電壓-頻率變換型二、ADC

的類型并行比較型ADC轉(zhuǎn)換速度最快，但價格貴；雙積分型ADC精度高、抗干擾能力強，但速度慢；逐次逼近型ADC速度較快、精度較高、價格適中，因而被廣泛采用。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

三、并行比較型ADC電阻構(gòu)成分壓器第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0000000000uI第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0000001001uI第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0000011010uI第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0000111011uI第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0001111100uI第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0011111101uI第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0111111110uI第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1111111111uI

并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器真值表1輸入模擬電壓寄存器狀態(tài)數(shù)字量輸出（編碼器輸入）（編碼器輸出）QQQQQQQ7654321DDD210uI15~()15)(15~15)(15~15)(15~15)(15~15)(15~15)(15~15)(~1033557799111113131UREFUREFUREFUREFUREFUREFUREFUREF00000011111111111110111001100110110111000100100000000100000001010011100101110111例如：uI＝4.2V，UREF＝6V，3.6V～4.4V則數(shù)字量輸出d2d1d0＝101。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

①優(yōu)點：轉(zhuǎn)換速度很快，故又稱高速A/D轉(zhuǎn)換器。②缺點：電路復(fù)雜，所用比較器和寄存器過多。對于一個n位二進制輸出的并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器，需２n-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。且轉(zhuǎn)換精度還受分壓網(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。并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的特點：第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

四、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

屬于直接型A/D轉(zhuǎn)換器，其工作原理可用天平秤重過程作比喻來說明。若有四個砝碼共重15克，每個重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx=13克，可以用下表步驟來秤量：28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g

18g8g<13g，12g<13g，14g>13g，13g＝13g，8g12g12g13g暫時結(jié)果砝碼重比較判斷順序保留保留撤去保留第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1.轉(zhuǎn)換原理示意圖第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯電路圖第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換數(shù)字量1011，4+1+0.5=5.5V，轉(zhuǎn)換誤差為–0.04V。例：UR=8V，UI=5.54V，若輸出為4位數(shù)字量：若輸出為8位數(shù)字量：轉(zhuǎn)換數(shù)字量10110001，

4+1+0.5+0.03125=5.53125V，轉(zhuǎn)換誤差為-0.00875V。一般位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換誤差越小。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的特點：

1.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程中，是從數(shù)字量最高位到最低位逐位確定，所以叫逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。

2.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間是（n+2）個cp時鐘周期。

3.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的位數(shù)越多，誤差越小，輸出量越逼近輸入量。4.在輸出位數(shù)較多時，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路規(guī)模比并行比較性A/D轉(zhuǎn)換器的小的多，但轉(zhuǎn)換速度降低。

5.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用廣泛，常用的集成器有ADC0809（8位）、AD575（10位）和AD574A（10位）等。五、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器它屬于間接型。1.基本原理：

先把模擬電壓UI轉(zhuǎn)換成與之大小相對應(yīng)的時間間隔，再將時間間隔轉(zhuǎn)換成與之成正比的脈沖個數(shù)，并把脈沖個數(shù)記錄下來，從而完成A/D轉(zhuǎn)換。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作波形圖第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

2、工作原理1）初始化：uL=0。計數(shù)器復(fù)位，同時接通開關(guān)S0，使積分電容C充分放電。2）第一次積分階段——采樣階段，也叫定時積分。

uL=1，開關(guān)S0斷開,同時開關(guān)S1與模擬信號輸入端ui連接，ui對積分器的電容C充電。在充電時間T1固定的前提下，積分器的輸出電壓uo與輸入電壓ui成正比。此時，積分器的輸出電壓為：3）第二次積分：充電結(jié)束后，開關(guān)S1接至-UREF，積分器開始反向積分。同時，電路的控制邏輯啟動計數(shù)器，以固定頻率fc開始計數(shù)。經(jīng)過時間T2后積分電壓回升到0，停止計數(shù)，轉(zhuǎn)換結(jié)束。這時計數(shù)器中所存的數(shù)字就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。則有：即因為故得到:因為計數(shù)器對固定頻率fc的時鐘脈沖計數(shù),從而得到:第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

若取T1=NTc,則有：實用中取T1=2nTC,即N=2n,故代入以后得出：

優(yōu)點：具有較強的抗干擾能力，體現(xiàn)在以下兩個方面。1、采用了測量輸入電壓在采樣時間T1內(nèi)平均值的原理，因此對于周期等于T1或T1/n的對稱干擾，從理論上講具有無窮大的抑制能力。2、因為兩次積分采用同一積分器完成，所以轉(zhuǎn)換結(jié)果及精度與積分器的有關(guān)參數(shù)R、C等無關(guān)，同時電路比較簡單。缺點：工作速度慢，一般為幾十ms左右，常用在要求速度不高的場合，如數(shù)字式儀表等。常用的型號有：3位半MC14433（精度相當于11位二進制數(shù)）4位半ICL7135（精度相當于14位二進制數(shù)）第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

指ADC實際輸出數(shù)字量與理想輸出數(shù)字量之間的最大差值。通常用最低有效位LSB的倍數(shù)來表示。

四、主要參數(shù)

2.相對精度(又稱轉(zhuǎn)換誤差)

指ADC輸出數(shù)字量的最低位變化一個數(shù)碼時，對應(yīng)輸入模擬量的變化量。

1.分辨率例如最大輸出電壓為5V的8位ADC的分辨率為：

5V/28=19.6mV分辨率也可用ADC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。例如轉(zhuǎn)換誤差不大于1/2LSB，即說明實際輸出數(shù)字量與理想輸出數(shù)字量之間的最大誤差不超過1/2LSB。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

3.轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換速度比較：并聯(lián)比較型>逐次逼近型>雙積分型數(shù)十ns數(shù)十

s

數(shù)十ms指ADC完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間，即從轉(zhuǎn)換開始到輸出端出現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)字信號所需要的時間。轉(zhuǎn)換時間越小，轉(zhuǎn)換速度越高。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

四、集成ADC應(yīng)用舉例1．ADC0804引腳及使用說明ADC0804芯片的引腳圖

CMOS工藝制成的8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器芯片，轉(zhuǎn)換時間為，輸入電壓范