1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 10.1 D/A(10.1 D/A(Analog to Digital)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 10.2 A/D (10.2 A/D (Digital to Analog)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 10.0 10.0 引言引言數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換

2、器教學(xué)基本要求 1 1、掌握倒、掌握倒T T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)、集成、集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器75207520的工作原理及相關(guān)計(jì)算。的工作原理及相關(guān)計(jì)算。 2 2、正確理解、正確理解D/AD/A轉(zhuǎn)換器的兩種輸出方式。轉(zhuǎn)換器的兩種輸出方式。 3 3、掌握并行比較、逐次比較、雙積分、掌握并行比較、逐次比較、雙積分A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器器(ADC)(ADC)的工作原理及其特點(diǎn)。的工作原理及其特點(diǎn)。 4 4、正確理解、正確理解D/AD/A、A/DA/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。Analog Digital Converter and Digi

3、tal Analog Converter數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器D/AD/A轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、A/DA/D轉(zhuǎn)換的應(yīng)用轉(zhuǎn)換的應(yīng)用 模 擬 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字控制 計(jì)算機(jī) D/A 轉(zhuǎn)換器 模擬 控制器 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制對(duì)象 ADCADC和和DACDAC已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的接口電路已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。傳感器(溫度、壓力、流量、應(yīng)力等）計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理（如計(jì)算、濾波）、數(shù)據(jù)保存等用模擬量作為控制信號(hào)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信

4、息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.1 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 10.1.2 權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器 10.1.3 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式 10.1.4 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 10.1.5 集成D/A轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用 10.1.0 D/A轉(zhuǎn)換器概述 10.1 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器1 1、DACDAC的功能的功能: :將數(shù)字量成正比地轉(zhuǎn)換與之對(duì)應(yīng)將數(shù)字量成正比地轉(zhuǎn)換與之對(duì)應(yīng) 成模擬量成模擬量 。（設(shè)（設(shè)D/AD/A轉(zhuǎn)換器的輸轉(zhuǎn)換器的輸 入數(shù)字量為入

5、數(shù)字量為 n n位）位）n位數(shù)字量模擬量05V或010V等10.1.0 D/A 轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述DAC4位8位10位1位16位等n=數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器如何實(shí)現(xiàn)如何實(shí)現(xiàn)D/AD/A？10.1.0 D/A 10.1.0 D/A 轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述 數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合而成的數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合而成的, , 對(duì)于有對(duì)于有權(quán)碼權(quán)碼, ,每位代碼都有一定的權(quán)值，如能將每一位每位代碼都有一定的權(quán)值，如能將每一位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量, , 然

6、后，然后，將這些模擬量相加將這些模擬量相加, ,即可得到與數(shù)字量成正比的即可得到與數(shù)字量成正比的模擬量模擬量, , 這樣，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量這樣，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量-模擬量的轉(zhuǎn)模擬量的轉(zhuǎn)換。換。2.2. 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)D/AD/A轉(zhuǎn)換的基本思想轉(zhuǎn)換的基本思想數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器3.3. D/AD/A轉(zhuǎn)換器的組成轉(zhuǎn)換器的組成: :10.1.0 D/A 10.1.0 D/A 轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述 數(shù)數(shù)碼碼 寄寄存存器器 n位位模模擬擬開開關(guān)關(guān) 解解碼碼 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) 求求和和 電電路路 基基準(zhǔn)準(zhǔn)電電壓壓 n位

7、位數(shù)數(shù)字字量量輸輸入入 模模擬擬量量 輸輸出出 電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò) 模擬電子開關(guān)模擬電子開關(guān) 求和運(yùn)算放大器求和運(yùn)算放大器數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器4.4. D/AD/A轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類: :10.1.0 D/A 10.1.0 D/A 轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述按解碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類 T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC權(quán)電流DAC 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC 按模擬電子開關(guān)電路分類 CMOS開關(guān)型DAC雙極型開關(guān)型DAC 電流開關(guān)型DAC ECL電流開關(guān)型DAC D/A 轉(zhuǎn)換器數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基

8、礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.1 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 vO Rf +VREF 2R D0 D1 D2 D3 S0 S1 S2 S3 i 2R 2R 2R (LSB) (MSB) 8I 16I 4I 2I I 2R + R R R I/16 I/8 I/4 I/2 Di=0, Si則將電阻2R接地Di=1, Si接運(yùn)算放大器反相端，電流Ii流入求和電路 電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)求和運(yùn)算放大器輸出模擬電壓輸入4位二進(jìn)制數(shù)根據(jù)運(yùn)放線性運(yùn)用時(shí)虛地的概念可知，無(wú)論模擬開關(guān)根據(jù)運(yùn)放線性運(yùn)用時(shí)虛地的概念可知，無(wú)論模擬開關(guān)S Si

9、i處處于于何種位置，與何種位置，與S Si i相連的相連的2R2R電阻將接電阻將接“地地” 或虛地或虛地。 1 1、原理電路、原理電路數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.1 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2、D/A轉(zhuǎn)換器的倒轉(zhuǎn)換器的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)電源VREF提供的總電流為：I =？流過(guò)各開關(guān)支路的電流：I3 =？I2 =？ I1 =？ I0 =？ 2R 2R 2R 2R 2R R R R VREF I A B C D A B C D RVIREF I/4I/8I/16R

10、RRRI/2I/4I/8I/16I/2I3I2I1I0流入每個(gè)流入每個(gè)2R電阻的電流從高位到低位按電阻的電流從高位到低位按2的整數(shù)倍遞減。的整數(shù)倍遞減。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.1 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 (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 2R 2R 2R 2R 2R R R R +VREF + A 3. 3. 工作原理：工作原理：II2I1I0I3流入運(yùn)放的總電流： 012343212222IIIIDDDDi I

11、0 + I1 + I2 + I3REF01234321()2222VDDDDR3REFi40(2 )2iiVDR(10.1.1)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.1 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 (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 2R 2R 2R 2R 2R R R R +VREF + A 3. 3. 工作原理：工作原理：II2I1I0I3輸出模擬電壓： (10.1.2)Ofi R 3ifREFi40(2 )2iRVDR 數(shù)字電

12、子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.1 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3. 3. 工作原理：工作原理：4 位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的輸出模擬電壓： (10.1.2)Ofi R 3ifREFi40(2 )2iRVDR 推廣到 n 位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC,有： n 1iREFfOin0(2 )2iVRDR (10.1.3)REFfn,2VRKR令：n 1iBi0(2 )iND則O = K NB (10.1.4)上式表明，在電路中輸入的每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)NB，均能得到與之成正比的模擬電壓輸出。 數(shù)字電

13、子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器為提高為提高D/AD/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的精度，對(duì)電路參數(shù)的要求：精度，對(duì)電路參數(shù)的要求： (1)基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性好；基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性好；(2) 倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)中形電阻網(wǎng)絡(luò)中R和和2R電阻比值的精度要高；電阻比值的精度要高；(3) 每個(gè)模擬開關(guān)的開關(guān)電壓降要相等每個(gè)模擬開關(guān)的開關(guān)電壓降要相等(4)為實(shí)現(xiàn)電流從高位到低位按為實(shí)現(xiàn)電流從高位到低位按2的整數(shù)倍遞減，模擬開關(guān)的整數(shù)倍遞減，模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻也相應(yīng)地按的導(dǎo)通電阻也相應(yīng)地按2的整數(shù)倍遞增。的整數(shù)倍遞增。為進(jìn)一步提高為進(jìn)一步提高

14、D/AD/A轉(zhuǎn)換器的精度，可采用權(quán)電流型轉(zhuǎn)換器的精度，可采用權(quán)電流型D/AD/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 10.1.1 10.1.1 倒倒T T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.2 權(quán)電流型權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 8I 16I 4I 2I VREF + 0Off321(248)16IIIi RRDIDDD 321f321040(22)222IRDDDD3fi4022iiI

15、RDDi =1時(shí)，開關(guān)Si接運(yùn)放的反相端; Di= 0時(shí)，開關(guān)Si接地。 電路在恒流源電路中，各支路權(quán)電流的大小均不受開關(guān)導(dǎo)通電阻和壓降的影響，這樣降低了對(duì)開關(guān)電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。采用恒流源電路后對(duì)提高轉(zhuǎn)換精度有什么好處？數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (MSB) D1 D0 (LSB) i Rf O D3 D2 S3 S2 S1 S0 8I 16I 4I 2I VREF 16I + A1 R1 + A2 IBB IEC IEO IE1 IE2 IE3 IREF Tr T3 T2 T1 T0

16、TC R 2R 2R 2R 2R 2R R R R VEE I = IREF =1RREFV 偏偏 置置 電電 流流 實(shí)際的權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器電路REFREF1VIRREF32O32401110(222)22ffR Vi RDDRDDn 1iREFfOini 0122VRDR10.1.2 10.1.2 權(quán)電流型權(quán)電流型D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0模擬量模擬量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0

17、 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 010.1.3 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式轉(zhuǎn)換器的輸出方式表10.1.1 8位D/A轉(zhuǎn)換器在單極性輸出時(shí)的輸入/輸出關(guān)系)256255(refV )256129(refV )256128(refV )256127(refV )2561(refV )2560(refV 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 D1 D0 i Rf vO Dn-1 VREF 倒T形 電阻網(wǎng) 絡(luò)D/A 轉(zhuǎn)換器 + A R

18、1 R2 i vO + A R D1 D0 Dn-1 VREF 倒T形 電阻網(wǎng) 絡(luò)D/A 轉(zhuǎn)換器 1. 單極性輸出方式 倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器單極性電壓輸出的電路轉(zhuǎn)換器單極性電壓輸出的電路 反相輸出 同相輸出 Ofi R O21(1/)i RRR10.1.3 D/A10.1.3 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式轉(zhuǎn)換器的輸出方式數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.3 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式轉(zhuǎn)換器的輸出方式雙極性輸出的8位D/A轉(zhuǎn)換器輸入與輸出關(guān)系十進(jìn)十進(jìn)制數(shù)制數(shù)2的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼偏移二進(jìn)制碼偏移二

19、進(jìn)制碼模擬量模擬量 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 O/VLSB1270 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11271260 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 012611 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11127 1 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 1127128 1 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0128數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)

20、換器10.1.3 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式轉(zhuǎn)換器的輸出方式雙極性輸出的8位D/A轉(zhuǎn)換器 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 2R1 O VREF 1 Rf = R R1 R1 + + A1 A2 NB 8 位位倒倒 T 形形電電阻阻 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器 i 1 NBO1REF12V REF1B82VN 7REFB8(2 )2VNBREFREFREF8()222N VVVBREF256NV數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.4 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.

21、 1. 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度 ：通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述。：通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述。 分辨率：其定義為分辨率：其定義為D/AD/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級(jí)數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中往往用輸入數(shù)字量的位數(shù)表示級(jí)數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中往往用輸入數(shù)字量的位數(shù)表示D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的分辨率。的分辨率。 分辨率也可以用能分辨的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比分辨率也可以用能分辨的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比給出。給出。n n位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為121n數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程

22、學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差： 轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差是指轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差是指D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際精度轉(zhuǎn)換器實(shí)際精度與理論上可達(dá)到的精度之間存在誤差。與理論上可達(dá)到的精度之間存在誤差。 產(chǎn)生原因：由于產(chǎn)生原因：由于D/AD/A轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值存轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值存在誤差，如基準(zhǔn)電壓不夠穩(wěn)定或運(yùn)算放大器的在誤差，如基準(zhǔn)電壓不夠穩(wěn)定或運(yùn)算放大器的零漂等各種因素的影響。零漂等各種因素的影響。 幾種轉(zhuǎn)換誤差：有如比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差幾種轉(zhuǎn)換誤差：有如比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差和非線性誤差等和非線性誤差等10.1.4 D/A10.1.4 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的

23、主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.4 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 比例系數(shù)誤差：比例系數(shù)誤差：是指實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線的斜率與理想特是指實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線的斜率與理想特性曲線斜率的偏差。性曲線斜率的偏差。 REFO/VV 7/8 3/4 5/8 1/2 3/8 1/4 1/8 000 001 010 011 100 101 110 111 O 理理想想 實(shí)實(shí)際際 比比例例系系數(shù)數(shù)誤誤差差 如在如在n n 位倒位倒T T 形電形電阻網(wǎng)絡(luò)阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換器中

24、，當(dāng)當(dāng)V VREFREF偏離標(biāo)準(zhǔn)值偏離標(biāo)準(zhǔn)值V VREFREF時(shí)，就會(huì)在輸出端產(chǎn)時(shí)，就會(huì)在輸出端產(chǎn)生誤差電壓。由式生誤差電壓。由式10.1.310.1.3可知可知 1n0iifREFo22inDRRV 由由V VREFREF引起的誤差屬引起的誤差屬于比例系數(shù)誤差。于比例系數(shù)誤差。 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.4 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 失調(diào)誤差：由運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移引起，其大小與輸入數(shù)字量無(wú)關(guān)，該誤差使輸出電壓的轉(zhuǎn)移特性曲線發(fā)生平移 。 REFO/VV 7/8 3

25、/4 5/8 1/2 3/8 1/4 1/8 000 001 010 011 100 101 110 111 O 實(shí)實(shí)際際 理理想想 三位D/A轉(zhuǎn)換器的失調(diào)誤差如圖10.1.8所示。 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.5 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用1. AD7520D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 D2 D7 O D0 D1 2R 2R 2R 2R R R D8 D9 R R R 2R 2R 2R + R IOUT1 IOUT2 VREF AD7520 RF 10K 10K 20K 10位CMOS電流開關(guān)型D/

26、A轉(zhuǎn)換器 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 IOUT1 2 IOUT1 IOUT1 IOUT2 GND D9 D8 D7 D6 D5 D0 D1 D2 D3 D4 V+ VREF RF 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.5 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用1. AD7520D/A轉(zhuǎn)換器中的轉(zhuǎn)換器中的1 1位位CMOSCMOS模擬開關(guān)電路模擬開關(guān)電路 IOUT2 IOUT1 2R R R T8 T9 T7 T5 T6 T4 T1 T3 T2 VDD Di 優(yōu)點(diǎn)：

27、優(yōu)點(diǎn)：使用簡(jiǎn)便、功耗低、轉(zhuǎn)換速度較快、溫度系數(shù)小、使用簡(jiǎn)便、功耗低、轉(zhuǎn)換速度較快、溫度系數(shù)小、通用性強(qiáng)。通用性強(qiáng)。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.5 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用 2、集成、集成D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用之一：轉(zhuǎn)換器應(yīng)用之一： 數(shù)字式可編程增益控制電路數(shù)字式可編程增益控制電路 D2 D7 O D0 D1 2R 2R 2R 2R R R R D8 D9 R R R I 2R 2R 2R + RF IOUT1 IOUT2 VREF OUT1I/IROV1110I0191222ADDD1210OO

28、UT2019(222)IDDDR數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1.5 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用 2、集成D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用之二： 脈沖波產(chǎn)生電路脈沖波產(chǎn)生電路 IOUT1 IOUT2 RF O1 + + IOUT1 IOUT2 O2 RF VREF AD7520 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 I VREF AD7520 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 10 位位可可逆逆計(jì)計(jì)算算器器

29、 加加/減減 CP 計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)脈脈沖沖 加加減減控控制制 電電路路 9REF1i10022iOiVD 2912REF1022iiiODV數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1. 5 集成集成D/A轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用 * *2. 2. 集成集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832 它是八位的D/A變換器,即在對(duì)其輸入八位數(shù)字量后，通過(guò)外接的運(yùn)算放大器，可以獲得相應(yīng)的模擬電壓值。 下圖是它的內(nèi)部框圖和引腳圖：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工

30、程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1. 5 集成集成D/A轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用 * *2. 2. 集成集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832八位寄存器(1)輸入八位寄存器(2)輸入八位變換器URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERA/DD7D0.11簡(jiǎn)化電路框圖數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.1. 5 集成集成D/A轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用 *2. 集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC 0832 管腳圖

31、CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRf bDGNDILEXFERIout2Iout11234567891019181716151413121120CS：片選端WR1、WR2：寫入端D7-D0：數(shù)據(jù)輸入端XFER：轉(zhuǎn)移控制端ILE：所存使能端Iout2Iout1：電流輸出端UR：參考電壓端Rf b：內(nèi)部反饋電 阻輸出端數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器本節(jié)小結(jié)：本節(jié)小結(jié)：D/A轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)輸出。號(hào)

32、轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)輸出。D/A轉(zhuǎn)換器根轉(zhuǎn)換器根據(jù)工作原理基本上可分為二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)據(jù)工作原理基本上可分為二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器兩大類。由于轉(zhuǎn)換器兩大類。由于T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器只要求兩種阻值的電阻，轉(zhuǎn)換器只要求兩種阻值的電阻，因此最適合于集成工藝，集成因此最適合于集成工藝，集成D/A轉(zhuǎn)換器普遍采轉(zhuǎn)換器普遍采用這種電路結(jié)構(gòu)。用這種電路結(jié)構(gòu)。如果輸入的是如果輸入的是n位二進(jìn)制數(shù)，則位二進(jìn)制數(shù)，則D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為：的輸出電壓為：)2222(200112211oddddVunnnnnREF數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基

33、礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.1 A/D10.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程 10.2.2 10.2.2 并行比較型并行比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 10.2.3 10.2.3 逐次比較型逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器10.2.4 10.2.4 雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 10.2.5 A/D10.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 10.2 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器10.2.6 10.2.6 集成集成A/DA/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電

34、子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 A/DA/D轉(zhuǎn)換器要將時(shí)間上連續(xù)，幅值也連續(xù)的模轉(zhuǎn)換器要將時(shí)間上連續(xù)，幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散，幅值也離散的數(shù)字信號(hào)，幅值也離散的數(shù)字信號(hào)，它一般要包括它一般要包括取樣取樣， 保持，量化及編碼保持，量化及編碼4 4個(gè)過(guò)程個(gè)過(guò)程。A/D轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述ADCDnD0輸出數(shù)字量I 輸入模擬電壓能將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)能將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。字量。1. A/D1. A/D功能功能: :數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程

35、學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 2. A/D轉(zhuǎn)換器分類轉(zhuǎn)換器分類 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 特點(diǎn)特點(diǎn): : 轉(zhuǎn)換速度快轉(zhuǎn)換速度快, ,轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 10ns 110ns 1 s, s, 但電路復(fù)雜。但電路復(fù)雜。 逐次逼近型逐次逼近型 特點(diǎn)特點(diǎn): : 轉(zhuǎn)換速度適中轉(zhuǎn)換速度適中, ,轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 為幾為幾 s s 100 100 s, s, 轉(zhuǎn)換精度高，在轉(zhuǎn)換速度和硬件復(fù)雜度轉(zhuǎn)換精度高，在轉(zhuǎn)換速度和硬件復(fù)雜度之間達(dá)到一個(gè)很好的平衡之間達(dá)到一個(gè)很好的平衡。 雙積分型雙積分型 特點(diǎn)特點(diǎn): : 轉(zhuǎn)換速度慢轉(zhuǎn)換速度慢, ,轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 幾百幾百 s s 幾幾

36、ms,ms,但抗干擾能力最強(qiáng)。但抗干擾能力最強(qiáng)。A/DA/D轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程 1. 1. 取樣與保持取樣與保持 0 0 0 S(t) I (t) t t t TS O (t) O(t) I(t) T G S(t) 采樣是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為在時(shí)間離散的模擬量。 采樣信號(hào)S(t)的頻率愈高，所采得信號(hào)經(jīng)低通濾波器后愈能真實(shí)地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)。合理的采樣頻率由采樣定理確定。 采樣定理：設(shè)采樣信號(hào)S(t)的頻率為

37、fs，輸入模擬信號(hào)I(t)的最高頻率分量的頻率為fimax，則 fs 2fimax(10.2.1)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 要將取樣電路每次采得模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)都需要一定時(shí)間，要將取樣電路每次采得模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)都需要一定時(shí)間，為了給后續(xù)的量化編碼過(guò)程提供一個(gè)穩(wěn)定的值，在取樣電路后要保為了給后續(xù)的量化編碼過(guò)程提供一個(gè)穩(wěn)定的值，在取樣電路后要保加持電路，將所采樣的模擬信號(hào)保持一段時(shí)間。取樣與保持過(guò)程往加持電路，將所采樣的模擬信號(hào)保持一段時(shí)間。取樣與保持過(guò)程往往是通過(guò)采樣與保持電路同時(shí)完

38、成的。往是通過(guò)采樣與保持電路同時(shí)完成的。 t t t6 t5 t4 t3 t2 t1 t0 0 電路要求：AV1AV2= 1 A1 的Ri 高，A2 的Ri 高，A2 的Ro低采樣 I A1 A2 S CH 開開關(guān)關(guān)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路 采采樣樣保保持持控控制制電電路路 O 不能放電保持1. 1. 取樣與保持取樣與保持10.2.1 A/D10.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程 （1）電路及工作原理數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器2. 量化與編碼量化與編碼為將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在A/D轉(zhuǎn)

39、換過(guò)程中，必須將采樣保持電路的輸出電量，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(guò)程我們稱為數(shù)值量化，簡(jiǎn)稱量化。任何一個(gè)數(shù)字量的大小只能是某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。量化后的數(shù)值最后還需通過(guò)編碼過(guò)程用一個(gè)代碼表示出來(lái)。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。 10.2.1 A/D10.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程量化量化編碼編碼數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1)量化及量化誤差量化及量化誤差量化過(guò)程中所取最小數(shù)量單位稱為量化單位用表示。它是數(shù)字信號(hào)最低位為1

40、時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量，即1LSB。任何一個(gè)數(shù)字量的大小只能是某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。在量化過(guò)程中由于采樣電壓不一定能被整除，所以量化前后不可避免地存在誤差，此誤差我們稱之為量化誤差，用表示。量化誤差屬原理誤差，它是無(wú)法消除的。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，各離散電平之間的差值越小，量化誤差越小。 兩種近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。 10.2.1 A/D10.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器只舍不入量化方式:量化中把不足1個(gè)量化單位的部

41、分舍棄；最大量化誤差為：LSB1max 四舍五入量化方式:量化過(guò)程將不足半個(gè)量化單位部分舍棄，對(duì)于等于或大于半個(gè)量化單位部分按一個(gè)量化單位處理。其最大量化誤差為：最大量化誤差為2LSBmax （2）兩種量化方式）兩種量化方式V8701VV86V85V84V83V82V811111101011000110100010000=0 v7=7/8 v6=6/8 v5=5/8 v4=4/8 v3=3/8 v2=2/8 v1=1/8 v輸入信號(hào)編碼模擬電平01VV1513V1511V159V157V155V153V151110101100011010001000輸入信號(hào)編碼模擬電平0=0 v1=2/15

42、v2=4/15 v3=6/15 v4=8/15 v5=10/15 v6=12/15 v7=14/15 v11110.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.2 并行比較型并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 1、電路組成、電路組成 R I VREF VREF 13 15 R CP VREF 11 15 R R R VREF 3 15 VREF 1 15 R R R/2 + C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + C7 C01 C02 C03 C04 C05

43、C06 C07 1D C1 Q I1 1D C1 Q I2 1D C1 Q I3 1D C1 Q I4 1D C1 Q I5 1D C1 Q I6 1D C1 Q I7 D0 D1 D2 優(yōu)優(yōu)先先編編碼碼器器 (LSB(MSB)0 電壓比較器輸入模擬電壓精密電阻網(wǎng)絡(luò)（23個(gè)電阻）精密參考電壓D觸發(fā)器VREF/153VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/155VREF/1513VREF/15輸出數(shù)字量數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 R I VR E F VR E F 1 3 1 5

44、 R C P VR E F 1 1 1 5 R R R VR E F 3 1 5 VR E F 1 1 5 R R R /2 + C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + C7 C0 1 C0 2 C0 3 C0 4 C0 5 C0 6 C0 7 1 D C 1 Q I1 1 D C 1 Q I2 1 D C 1 Q I3 1 D C 1 Q I4 1 D C 1 Q I5 1 D C 1 Q I6 1 D C 1 Q I7 D0 D1 D2 優(yōu)優(yōu)先先編編碼碼器器 (L S B(M S B )0 10.2.2 10.2.2 并行比較型并行比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 2 2

45、、工作原理、工作原理11VREF/159VREF/1513VREF/157VREF/153VREF/15VREF/155VREF/15VI=8VREF/1511110000001111I7的優(yōu)先級(jí)最高001vivO數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 vI CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 D2 D1 D0 7VREF/15 vI 9VREF/15 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 9VREF/15 vI 11VREF/15 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 5VREF/1

46、5 vI 7VREF/15 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 3VREF /15 vI 5VREF/15 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 11VREF/15 vI 13VR/15 0 1 1 1 1 1 1 1 1 013VREF/15 vI VREF/15 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 VREF/15 vI 3VREF/15 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 vI VREF/15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 根據(jù)各比較器的參考電壓值，可以確定輸入模擬電壓值與各比較器輸出狀態(tài)的關(guān)系。比較器的輸出狀態(tài)由D觸發(fā)器存儲(chǔ)，經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得到數(shù)字量輸出。

47、 10.2.2 10.2.2 并行比較型并行比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 2 2、工作原理、工作原理數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.2 10.2.2 并行比較型并行比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 3 3、電路、電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：在并行在并行A/DA/D轉(zhuǎn)換器中，輸入電壓轉(zhuǎn)換器中，輸入電壓 I I同時(shí)加到所有比較器的輸同時(shí)加到所有比較器的輸入端，從入端，從 I I加入到三位數(shù)字量穩(wěn)定輸出所經(jīng)歷的時(shí)間為比較加入到三位數(shù)字量穩(wěn)定輸出所經(jīng)歷的時(shí)間為比較器、器、D D觸發(fā)器和編碼器延遲時(shí)間之和。如不考慮

48、各器件的延觸發(fā)器和編碼器延遲時(shí)間之和。如不考慮各器件的延遲，可認(rèn)為三位數(shù)字量是與遲，可認(rèn)為三位數(shù)字量是與 I I輸入時(shí)刻同時(shí)獲得的。所以它輸入時(shí)刻同時(shí)獲得的。所以它具有最短的轉(zhuǎn)換時(shí)間。具有最短的轉(zhuǎn)換時(shí)間。 缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，如三位缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，如三位ADCADC需比較器的個(gè)數(shù)目為需比較器的個(gè)數(shù)目為7 7個(gè)位數(shù)個(gè)位數(shù)越多矛盾越突出。越多矛盾越突出。為了解決提高分辨率和增加元件數(shù)的矛盾，可以采取分級(jí)并為了解決提高分辨率和增加元件數(shù)的矛盾，可以采取分級(jí)并行轉(zhuǎn)換的方法。行轉(zhuǎn)換的方法。 單片集成并行比較型單片集成并行比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品很多，如轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品很多，如ADAD公司的公司的AD901

49、2 (TTLAD9012 (TTL工藝工藝8 8位位) )、AD9002 (ECLAD9002 (ECL工藝，工藝，8 8位位) )、AD9020 AD9020 (TTL(TTL工藝，工藝，1010位位) )等。等。 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器 I D9 VREF 采采樣樣保保持持電電路路 5位位 并并行行比比較較A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器 5位位 D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器 5位位 并并行行比比較較A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器 + 32 + D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 10.2.2 并行比較型A

50、/D轉(zhuǎn)換器分級(jí)并行轉(zhuǎn)換分級(jí)并行轉(zhuǎn)換1010位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.3 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近轉(zhuǎn)換過(guò)程與用天平稱物重非常相似 。所加砝碼重量第一次第二次第三次第四次再加4克再加2克再加1克8 克砝碼總重 待測(cè)重量Wx ，8克砝碼保留砝碼總重仍 待測(cè)重量Wx ， 2克砝碼撤除砝碼總重 待測(cè)重量Wx ， 1克砝碼保留 結(jié)果8 克12 克12 克13 克 1. 轉(zhuǎn)換原理 所用砝碼重量：8克、4克、2克和1克。設(shè)待秤重量Wx = 13克。稱重過(guò)程 數(shù)字電子技術(shù)

51、基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.3 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器 I 啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)脈沖 CP 時(shí)鐘時(shí)鐘 電壓電壓 比較器比較器 控制邏控制邏輯電路輯電路 移位寄位器移位寄位器 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 模擬模擬 量輸入量輸入 數(shù)字?jǐn)?shù)字 量輸出量輸出 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 O VREF D0 D1 Dn-2 Dn-1 1. 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 1 0 0 0 1 0 0 0 2/REFV I VREF/2 1I VREF/2 0數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華

52、劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.3 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器 I 啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)脈沖 CP 時(shí)鐘時(shí)鐘 電壓電壓 比較器比較器 控制邏控制邏輯電路輯電路 移位寄位器移位寄位器 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 模擬模擬 量輸入量輸入 數(shù)字?jǐn)?shù)字 量輸出量輸出 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 O VREF D0 D1 Dn-2 Dn-1 1. 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 0 1 0 0 0 1 0 0 REFV4/3 I 3/4VREF 1010I 3/4VREF 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.3 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器

53、I 啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)脈沖 CP 時(shí)鐘時(shí)鐘 電壓電壓 比較器比較器 控制邏控制邏輯電路輯電路 移位寄位器移位寄位器 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 模擬模擬 量輸入量輸入 數(shù)字?jǐn)?shù)字 量輸出量輸出 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 O VREF D0 D1 Dn-2 Dn-1 1. 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 0 0 1 0 0 0 1 0 REFV8/5 I 5/8VREF 1010I 0010.2.4 10.2.4 雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.4 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器 + + + I

54、S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FFn-1 1 Q1 Qn-1 Qn FF1 1 FF0 1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP Cr Dn-1 D1 D0 & 數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出 C A B G G n 級(jí)計(jì)數(shù)器級(jí)計(jì)數(shù)器 定定時(shí)時(shí)信信號(hào)號(hào) (MSB) (LSB) Tc 00000(1) 準(zhǔn)備階段 工作原理CR信號(hào)將計(jì)數(shù)器清零；開關(guān)S2閉合，待積分電容放電完畢后，斷開S2。 10.2.4 10.2.4 雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)

55、院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.4 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器 + + + I S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FFn-1 1 Q1 Qn-1 Qn FF1 1 FF0 1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP Cr Dn-1 D1 D0 & C A B G G 定定時(shí)時(shí)信信號(hào)號(hào) (MSB) (LSB) Tc (2) 第一次積分 tdt0IO1 1T1=2nTC0001010111000t = t0時(shí)，開關(guān)S1與A端接通，正的被測(cè)電壓I 加到積分器的輸入端。積分器開始對(duì)I積分，此階

56、段稱為采樣階段11TVI 工作原理00001010111001000101011111100010101110101001010111000數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.4 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器 + + + I S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FFn-1 1 Q1 Qn-1 Qn FF1 1 FF0 1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP Cr Dn-1 D1 D0 & C A B G G 定定時(shí)時(shí)信信號(hào)號(hào)

57、 (MSB) (LSB) Tc (2) 第二次積分11001010 21)(1)(REFp2OttVVt VREF加到積分器的輸入端，積分器開始向相反方向進(jìn)行第二次積分；當(dāng)t=t2時(shí)，積分器輸出電壓O0，比較器輸出C=0，時(shí)鐘脈沖控制門G被關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止。 工作原理10.2.4 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器21O2pREF1( )()0tttVV0數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.4 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器 S1 Qn 0 0 O 0 C 0 C 0 T1 T2 t1 t2 + I VREF T1 T2

58、P t t t t t T1=2nTC1112nCPTTVVV OI01tdt ?21O2pREF1( )()0tttVVdtnREF2CI2VTTVnC2IREF2 TTVV T2=Tc n2IcREF2TVTVT2=t1 t2 在計(jì)數(shù)器中所計(jì)的數(shù)=Qn-1Q1Q0，(就是A/D轉(zhuǎn)換器得到的結(jié)果。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.4 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器nC2IREF2 TTVV優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.由于轉(zhuǎn)換結(jié)果與時(shí)間常數(shù)RC無(wú)關(guān)，從而消除了積分非線 性帶來(lái)的誤差。2.由于雙積分A/D轉(zhuǎn)換器在T1時(shí)

59、間內(nèi)采的是輸入電壓的平均值， 因此具有很強(qiáng)的抗工頻干擾的能力。 T1=2nTC3.不需要穩(wěn)定的時(shí)鐘源，只要時(shí)鐘源在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期時(shí)間 內(nèi)保持穩(wěn)定即可。n2IcREF2TVTV數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器1.1.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度 10.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 單片集成單片集成A/DA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述的換誤差來(lái)描述的。 分辨率分辨率: :說(shuō)明說(shuō)明A/DA/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。通常轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力

60、。通常以輸出二進(jìn)制以輸出二進(jìn)制( (或十進(jìn)制或十進(jìn)制) )數(shù)的位數(shù)表示。數(shù)的位數(shù)表示。 轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差：表示表示A/DA/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。通常以輸出誤的輸出數(shù)字量之間的差別。通常以輸出誤差的最大值形式給出，常用最低有效位的差的最大值形式給出，常用最低有效位的倍數(shù)表示。倍數(shù)表示。 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院攀枝花學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 劉興華劉興華第10章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10.2.5 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)2.2.轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來(lái)開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所