第八章：數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1、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)過程控制對象生產(chǎn)過程控制對象 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字控制數(shù)字控制計算機計算機D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 模擬模擬控制器控制器 由此可見，模擬由此可見，模擬- -數(shù)

2、字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字數(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)換為模擬量的過程。是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過程。 實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器。實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 Digital - Analog Converter，簡稱簡稱 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)字量的過程。是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過程。 實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器。實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換

3、的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 Analog - Digital Converter，簡稱簡稱 A / D 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 常見常見 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器權電阻網(wǎng)絡權電阻網(wǎng)絡 D / A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器倒倒 T 形電阻網(wǎng)絡形電阻網(wǎng)絡 D / A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器權電流網(wǎng)絡權電流網(wǎng)絡 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)換器主要要求：主要要求： 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

4、。 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、特點及應用。特點及應用。 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)換器輸出模擬電壓輸出模擬電壓 uO 應正比于輸入數(shù)字量的大小，即：應正比于輸入數(shù)字量的大小，即： uO = KD = K(Dn- -1 2n- -1 + Dn- -2 2n- -2 + + D1 21 + D0 20 ) 可見，可見，uO D，uO 的大小反映了數(shù)字量的大小反映了數(shù)字量 D 的大小。的大小。D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D0D1Dn- -2Dn

5、- -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)有關的常數(shù)。也是輸入數(shù)是與電路結(jié)構(gòu)有關的常數(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 時的模擬輸出電壓。時的模擬輸出電壓。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 一、一、 電路組成電路組成8.2.1 權電阻網(wǎng)絡權電阻網(wǎng)絡 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 模擬開關模擬開關 Si 受各

6、位輸入數(shù)字量控制，當受各位輸入數(shù)字量控制，當 Di =1 1 時，開關時，開關 Si 接到接到 1 1 端，電阻端，電阻 Ri 與基準電壓與基準電壓VREF相連；相連；當當 Di =0 0 時，開時，開關關 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)模擬開關模擬開關權電阻網(wǎng)絡權電阻網(wǎng)絡求和運算求和運算 放大器放大器第第 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 當電子開關當電子開關 S0 S3

7、 都接都接 1 1 端時，流入求和運算放大器輸入端時，流入求和運算放大器輸入端的總電流端的總電流 i為為 對于對于 n 位權電阻位權電阻 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 ，故運算放大器的輸出電壓，故運算放大器的輸出電壓 uO為為 uO= iF RF= - -iRF= - -RFVREF23R( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 ) uO= - -iRF= - -RFV

8、REF2n-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制比于輸入二進制數(shù)，從而實現(xiàn)數(shù)數(shù)，從而實現(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)換器如圖所示權電阻網(wǎng)絡如圖所示權電阻網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器中，設轉(zhuǎn)換器中，設 n=4，VREF=-10v，RF=R/2，試求：，試求： 當輸入數(shù)字量當輸入數(shù)字量 D3D2D1D0=0001 時，輸出電壓的值；時，輸出電壓的值； 當輸入數(shù)字量當輸入數(shù)字量 D3D2D1D0=1001 時，輸出電壓的值；時，輸出電壓的值；(1)當輸入數(shù)字量當輸入數(shù)字量 D3

9、D2D1D0=1111 時，輸出電壓的值。時，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 三、三、權電阻網(wǎng)絡權電阻網(wǎng)絡 D / A 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點 權電阻權電阻 D/A 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是電路簡單，轉(zhuǎn)換速轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是電路簡單，轉(zhuǎn)換速度也比較快；它的缺點是各個電阻的阻值相差很大，度也比較快；它的缺點是各個電阻的阻值相差很大，而且隨著輸入二進制代碼位數(shù)的增多，

10、電阻的差值也而且隨著輸入二進制代碼位數(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)換精度帶來很大影響，也不利于集成化。換精度帶來很大影響，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 倒倒 T 形電阻網(wǎng)絡形電阻網(wǎng)絡 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( (簡稱簡稱 I/U

11、 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路) )模擬開關模擬開關 Si 打向打向1 1側(cè)側(cè)時，相應時，相應 2R 支路支路接虛地接虛地；打向打向0 0側(cè)側(cè)時，相應時，相應 2R 支路支路接地接地。故無論開關打向哪。故無論開關打向哪一側(cè)，倒一側(cè)，倒 T 型電阻網(wǎng)絡均可等效為下圖。型電阻網(wǎng)絡均可等效為下圖。 倒倒 T 型型電阻網(wǎng)絡電阻網(wǎng)絡模擬開關模擬開關第第 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 從從 A、B、C 、D節(jié)點向左看去，節(jié)點向左看去，各節(jié)點對地的等效各節(jié)點對地的等效電阻均為電阻均為 R。VREFR 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 =

12、 ，并且每經(jīng)過一個節(jié)點，電流被分流一半，從數(shù)字量高，并且每經(jīng)過一個節(jié)點，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 故流入求和運算放大器輸入端的總電流故流入求和運算放大器輸入端的總電流 i為為 i =I2D3+ I24VREF24R( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 )=I8D1+ I16D0I4D2+( 23D3+ 22D2+ 21D1+ 20D0 )第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

13、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 對于對于 n 位倒位倒 T 形電阻網(wǎng)絡形電阻網(wǎng)絡 D/A 轉(zhuǎn)換器，則有轉(zhuǎn)換器，則有 故運算放大器的輸出電壓故運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)絡形電阻網(wǎng)絡 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不變，直接流入運算放大器的反相輸入端，它流恒定不變，直接流入運算放大器的反相輸入端，它們之間不存在傳輸時間差，因而提高了轉(zhuǎn)

14、換速度，所們之間不存在傳輸時間差，因而提高了轉(zhuǎn)換速度，所以，倒以，倒 T 形電阻網(wǎng)絡形電阻網(wǎng)絡 D / A 轉(zhuǎn)換器的應用非常廣泛。轉(zhuǎn)換器的應用非常廣泛。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8.2.3 權電流型權電流型 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 在討論倒在討論倒 T 形電阻網(wǎng)絡形電阻網(wǎng)絡 D / A 轉(zhuǎn)換時，電子模擬轉(zhuǎn)換時，電子模擬 開關看成是理想的。然而在實際上，這些開關都存在開關看成是理想的。然而在實際上，這些開關都存在一定的、大小不等的電阻，其上會產(chǎn)生大小不一的電一定的、大小不等的電阻，其上會產(chǎn)生大小不一的電壓，這就不可避免地會引起轉(zhuǎn)換誤差。為了提高轉(zhuǎn)換壓，這就不可避免地會引起轉(zhuǎn)換誤

15、差。為了提高轉(zhuǎn)換精度，可采用權電流型精度，可采用權電流型 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 一、一、 電路組成電路組成8.2.3 權電流型權電流型 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 i 位電子模擬開關位電子模擬開關 Si 由相應輸入數(shù)據(jù)由相應輸入數(shù)據(jù) Di 控制。當控制。當Di=1 1時，時，Si接接1 1，恒流源接運算放大器的反向端，并，恒流源接運算放大器的反向端，并提提供恒流供恒流 Ii ；當；當Di = 0 0時，時， Si 接接0 0，恒流源，恒流源接地接地。S0+- -uOS1S2S3D3D2D1D0iRF- -VREFI / 20 01 11 11 1

16、1 10 00 00 0I / 4I / 16I / 8- -+(LSB)(MSB)運算放運算放大器大器 權電流權電流恒流源恒流源模擬開關模擬開關第第 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 當電子開關當電子開關 Si 都接都接 1 1 端時，最高位代碼對應支路的恒流源端時，最高位代碼對應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。故運算放大，相鄰位支路的恒流源電流依次減半。故運算放大器的輸出電壓器的輸出電壓 uO 為為 對于對于 n 位權電流型位權電流型 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+

17、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）對應對應輸出的模擬電壓輸出的模擬電壓 ULSB 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

18、見，由此可見，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。對于一個力就越強。對于一個 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 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，應選用低漂移高轉(zhuǎn)換器，應選用低漂移高精度的運算放大器，采用高穩(wěn)定度的精度的運算放大器，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。

19、轉(zhuǎn)換器。指指 D / A 轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字信號開始轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字信號開始轉(zhuǎn)換到輸出模擬電壓達到穩(wěn)定值時所需的時間。到輸出模擬電壓達到穩(wěn)定值時所需的時間。轉(zhuǎn)換時間越短，轉(zhuǎn)換速度就越高。轉(zhuǎn)換時間越短，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)換過程中，產(chǎn)生誤差的原因很多，常見轉(zhuǎn)換過程中，產(chǎn)生誤差的原因很多，常見的原因有運放的零點漂移、電子模擬開關接通時的導的原因有運放的零點漂移、電子模擬開關接通時的導通壓降、基準電壓通壓降、基準電壓 VREF 的波動、的波動、R - - 2R 倒倒 T

20、 形電阻形電阻網(wǎng)絡中電阻阻值的誤差等。網(wǎng)絡中電阻阻值的誤差等。 二、二、轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間轉(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)換器常用集成常用集成 D / A 轉(zhuǎn)換器有兩類：一類內(nèi)部僅含轉(zhuǎn)換器有兩類：一類內(nèi)部僅含有電阻網(wǎng)絡和電子模擬開關兩部分，常用于一般的有電阻網(wǎng)絡和電子模擬開關兩部分，常用于一般的電子電路。另一類內(nèi)部除含有電阻網(wǎng)絡和電子模擬電子電路。另一類內(nèi)部除含有電阻網(wǎng)絡和電子模擬開關外，還帶有數(shù)據(jù)鎖存器，并具有片選控制和數(shù)開關外，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，多用于據(jù)輸入控制端，便于和微

21、處理器進行連接，多用于微機控制系統(tǒng)中。微機控制系統(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)換器一、電路組成一、電路組成基準電壓輸入端基準電壓輸入端 VREF 可正可負可正可負 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)絡阻網(wǎng)絡CMOS電子模擬開關電子模擬開關輸出模擬電壓輸出模擬電壓uO為為 uO= - - RFVREF210R( 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)換器開關管開關管兩級反相器兩級反相器電平電平偏移偏移電路電路 當當 i 位

22、數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) Di =1 1時，時，V1 截止，截止，V3 導通，輸出低電平導通，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 導通；同時，導通；同時，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，截止。這時，2R 支路電阻經(jīng)支路電阻經(jīng) V9 接位置接位置1 1 。當。當 Di =0 0時，則時，則 V8 導通，導通，V9 截止，截止，2R 支路電阻接支路電阻接位置位置0 0。從而實現(xiàn)了單刀雙擲開關的功能。從而實現(xiàn)了單刀雙擲開關的功能。二、電子模擬開關二、電子模擬開關第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)

23、換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要要求：主要要求：了解了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般過程。模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般過程。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、特點及應用。理、特點及應用。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8.3.1 A / D 轉(zhuǎn)換的一般過程轉(zhuǎn)換的一般過程 取樣：取樣：將模擬信號轉(zhuǎn)換為在時間斷續(xù)變化、在幅度上等于取樣期將模擬信號轉(zhuǎn)換為在時間斷續(xù)變化、在幅度上等于取樣期 間模擬信號大小的一串脈沖。間模擬信號大小的一串脈沖。保持：保持：保持取樣信號保持取樣信號，使其有充分時間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信

24、號。使其有充分時間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。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 過程。過程。編碼：編碼：把量化的結(jié)果用二進制代碼表示。把量化的結(jié)果用二進制代碼表示。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 為了能較好地恢復原來的模擬信號，為了能較好地恢復原來的模擬信號，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必須大于等于輸入模擬信號 uI 頻譜中頻譜中最高頻率最高頻率

25、 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 當取樣脈沖當取樣脈沖 uS 為高電平時，為高電平時，NMOS管導通，輸入電壓管導通，輸入電壓uI 經(jīng)其對經(jīng)其對 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。 當取樣脈沖當取樣脈沖 uS 為低電平時，為低電平時，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，直到下一個取樣脈沖到期間保持不變，直到下一個取樣脈沖到來。輸出電壓來。輸出

26、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 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，還必須對樣值電壓進行量與其成正比的數(shù)字量，還必須對樣值電壓進行量化，通常用數(shù)字信號最低位化，通常用數(shù)字信號最低位（LSBLSB）1 1 對應的模對應的模擬電壓作為量化單位，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)倍的過程稱為為量化單位整數(shù)倍的過程稱為量化量化。 在量化時，樣值電壓一般不能被在量化時，樣值電壓一般不能被 整除，非整除，非整數(shù)

27、部分的余數(shù)被舍去，這必然會產(chǎn)生誤差，稱整數(shù)部分的余數(shù)被舍去，這必然會產(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 = = (1/8)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)V0000000010010100100110111

28、00100101101110110111111模擬模擬電平電平二進制二進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模擬模擬電平電平二進制二進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 V00000000100101

29、0010011011100100101101110110111111(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)成成分分壓壓器器 當當 0 V uI ( 1/15 ) VREF 時，時， 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

30、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0 00 00 00 00 00 01 10 00 01 1uI當當 ( 1/15 ) VREF uI ( 3/15 ) VREF 時，時， D2D1D0 = 001001。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 15115315515131571591511VREFV

31、REFVREFVREFVREFVREFVREF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當當 ( 3/15 ) VREF uI ( 5/15 ) VREF 時，時， D2D1D0 = 010 010。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

32、和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器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當當 ( 5/15 ) VREF uI ( 7/15 ) VREF 時，時， 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8.3.2 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 A /

33、 D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 0 00 00 01 11 11 11 11 10 00 0uI當當 ( 7/15 ) VREF uI ( 9/15 ) VREF 時，時， 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 1

34、0 01 1uI當當 ( 9/15 ) VREF uI ( 11/15 ) VREF 時，時， 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當當 ( 11/15 ) VREF uI ( 13

35、/15 ) VREF 時，時， 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 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當當 ( 13/15 ) VREF uI 1 VREF 時，時， D2D1D0 = 111111。VREFuI R

36、R/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)換器逐次漸近型逐次漸近型 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程相似：先放一個最重的砝碼與被稱物體重量進行量的過程相似：先放一個最重的砝碼與被稱物體重量進行比較，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，換上一個次重量的

37、砝碼，再與被稱物的重量進行則去掉，換上一個次重量的砝碼，再與被稱物的重量進行比較。按照此辦法，直加到最輕的一個砝碼為止。將所有比較。按照此辦法，直加到最輕的一個砝碼為止。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1SFF6Q1RC1G2G3G4G51

38、G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC1 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 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器二、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)換開轉(zhuǎn)換開始前先始前先進行預進行預置置VREFuOD2 (MSB)D1D0 (LSB)3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61

39、G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC1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VREFuOD2 (MSB)D1D0 (LSB)3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC10 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)換控制信號信號uS為為高

40、電平時，高電平時，轉(zhuǎn)換開始。轉(zhuǎn)換開始。 Q5 = 0 0，G7G9 被封被封鎖，無數(shù)鎖，無數(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0 0 1 0 00 0 1 0 01 1( (0 0) ) 1 0 1 0如原來的如原來的 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1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C

41、11DFF4C11DFF51DuIuCC1Q5 = 0 0，無數(shù)碼無數(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0 0 0 0 0 0 1 1 0 01 1(0 0) 1 1(0 0) 1 1如原來的如原來的 uC =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1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DF

42、F51DuIuCC1Q5 = 0 0，無數(shù)碼無數(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VREFuOD2 (MSB)D1D0 (LSB)3 位位 D / A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuCC1二、工作原理二、工作原理 這時，這時，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)通過的狀態(tài)通過 G7 G9 輸出。輸出。

43、0 0 0 0 0 0 0 0 1 11 1(0 0) 1 1(0 0) 1 1(0 0)如原來的如原來的 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)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器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1SFF6Q1RC1G2G3G4G51G61G9G8G71SFF7Q1RC11SFF8Q1RC1CPG1uSFF1C11DFF2C11DFF3C11DFF4C11DFF51DuIuC

44、C1 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)字信號消失。號消失。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)換器檢零檢零比較器比較器積分器積分器定時定時觸發(fā)器觸發(fā)器G2&時鐘時鐘控制門控制門QuOuCFFnRD基準基準電壓電壓計數(shù)器計數(shù)器RS2usCPRC11J1KDn-1(MSB)D1D0 (LSB)n 位二進制計數(shù)位二進制計數(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。通過開關部分。通

45、過開關 S2 對被測模擬電對被測模擬電壓壓 uI 和與其極性相反的基準電壓和與其極性相反的基準電壓 - -VREF進行兩次方向相反的積分，進行兩次方向相反的積分，時間常數(shù)時間常數(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)換器檢零檢零比較器比較器積分器積分器定時定時觸發(fā)器觸發(fā)器G2&時鐘時鐘控制門控制門QuOuCFFnRD基準基準電壓電壓計數(shù)器計數(shù)器RS2usCPRC11J1KDn-1(MSB)D1D0 (LSB)n 位二進制計數(shù)位二進制計數(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

46、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 的過零時的過零時刻。當刻。當 uO 0 時，輸出時，輸出 uC = 0；當；當 uO 0 時，輸出時，輸出 uC = 1。一、電路組成一、電路組成第第 8 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器檢零檢零比較器比較器積分器積分器定時定時觸發(fā)器觸發(fā)器G2&時鐘時鐘控制門控制門QuOuCFFnRD基準基準電壓電壓計數(shù)器計數(shù)器RS2usCPRC11J1KDn-1(MSB)D1D0 (LSB)n 位二進制計數(shù)位二進制計數(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

47、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 時鐘控制門有三個時鐘控制門有三個輸入端，第一個接檢零輸入端，第一個接檢零比較器的輸出比較器的輸出 uC，第二，第二個接轉(zhuǎn)換控制信號個接轉(zhuǎn)換控制信號 uS，第三個接標準時鐘脈沖第三個接標準時鐘脈沖源源 CP。當。當 uC = 1， uS =1時，時，G1 打開，計數(shù)器對打開，計數(shù)器對時鐘脈沖時鐘脈沖CP 計數(shù)；當計數(shù)；當 uC = 0 時，時，G1關閉，計關閉，計數(shù)器停止計數(shù)。數(shù)器停止計數(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)換器檢零檢零比較器比較器積分器積分器定時定時觸發(fā)器觸發(fā)器G2&時鐘時鐘控制門控制門QuOuCFFnRD基準基準電壓電壓計數(shù)器計數(shù)器RS2usC

48、PRC11J1KDn-1(MSB)D1D0 (LSB)n 位二進制計數(shù)位二進制計數(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 當當 n 位二進制計數(shù)器計到位二進制計數(shù)器計到 2n 個時鐘脈沖時，個時鐘脈沖時，計數(shù)器由計數(shù)器由 11111 1 回到回到 00000 0 狀態(tài)，并送出進位信狀態(tài)，并送出進位信號使定時觸發(fā)器號使定時觸發(fā)器 FFn 置置1 1，即，即 Qn = 1 1，開關，開關 S2 接基接基準電壓準電壓 - -VREF ，計數(shù)器由，計數(shù)器由 0 0 開始計數(shù)，將與輸入模開始計數(shù)，將與輸入模擬電壓擬電壓

49、uI 成正比的時間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。成正比的時間間隔轉(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1. 轉(zhuǎn)換準備轉(zhuǎn)換準備8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換控制信號轉(zhuǎn)換控制信號 uS =0 0，G2 輸出輸出 1 1，一是使開關，一是使開關 S1 閉合，電閉合，電容容 C 充分放電；二是使計數(shù)器清零，充分放電；二是使計數(shù)器清零，F(xiàn)Fn 輸出輸出 Qn = 0 0，使開關，使開關 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8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 2.

50、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 在時間在時間 t = 0 0 時，轉(zhuǎn)換控制信號時，轉(zhuǎn)換控制信號 uS 由由 0 0 變?yōu)樽優(yōu)?1 1，G2 輸出輸出 0 0，開關開關 S1 斷開，開關斷開，開關 S2 接入模擬電壓接入模擬電壓 uI 。uI 經(jīng)電阻經(jīng)電阻 R 對電容對電容 C 進行充電，積分器開始對進行充電，積分器開始對 uI 進行積分；積分器的輸出電壓進行積分；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8.3.4 雙積分型雙積分型 A / D 轉(zhuǎn)

51、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，過零比較器輸出，過零比較器輸出 uC = 1，這時時鐘，這時時鐘控制門控制門 G1 打開，計數(shù)器開始對周期為打開，計數(shù)器開始對周期為 TC 的時鐘脈沖的時鐘脈沖 CP 進進行計數(shù)，經(jīng)時間行計數(shù)，經(jīng)時間T1=2nTC 后，計數(shù)器計滿后，計數(shù)器計滿 2n 個個 CP 脈沖，各脈沖，各計數(shù)觸發(fā)器自動返回計數(shù)觸發(fā)器自動返回 0 狀態(tài)，同時給定時觸發(fā)器狀態(tài)，同時給定時觸發(fā)器 FFn 送出一送出一個進位信號，個進位信號，F(xiàn)Fn 置置 1 ，使開關，使開關 S2 接接 - -VREF。二二 、工工作作原原理理第第

52、 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，對應時間為第一次積分結(jié)束后，對應時間為 t = t1= T1，這時積分器輸出電壓，這時積分器輸出電壓 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） 在時間在時間 t = t1 ( =T1 ) 時，第一次積分結(jié)束，開關時，

53、第一次積分結(jié)束，開關 S2 接接 VREF，電容，電容 C 開始放電，積分器對開始放電，積分器對- -VREF 進行反向進行反向積分（第二次積分）。積分（第二次積分）。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，計數(shù)器從，計數(shù)器從 0 開始第開始第二次計數(shù)。當積分器輸出電壓二次計數(shù)。當積分器輸出電壓 uO( t ) 上升到上升到 uO ( t ) = 0 時，由時，由 uC = 0，

54、G1關閉，計數(shù)器停止計數(shù)。關閉，計數(shù)器停止計數(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 3. 第二次積分（比較階段）第二次積分（比較階段） 第二次積分的時間第二次積分的時間 T2 = t2 t1。這。這時輸出電壓時輸出電壓 uO ( t2 ) 為為 uO(t2) = uO(t1) + (- -VREF )dt = 0 - -1RCt1t2 得得 由此可知，第二次積分的時間間隔由此可知，第二次積分的時間間隔 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 =

55、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 3. 第二次積分（比較階段）第二次積分（比較階段） 如在如在 T2 時間內(nèi)，計數(shù)器計的脈沖時間內(nèi)，計數(shù)器計的脈沖個數(shù)為個數(shù)為N，由于，由于 T2 =NTC，則，則 因此，計數(shù)器計了因此，計數(shù)器計了N 個個 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，從而實現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。從而實現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。計數(shù)器的位數(shù)就是計數(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)。

56、 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數(shù)碼時，對應輸入模擬量的變化量?；粋€數(shù)碼時，對應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

57、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)換器指指 A / D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量與理論輸出數(shù)字量實際輸出的數(shù)字量與理論輸出數(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)來表示。的倍數(shù)來表示。 2. 相對精度相對精度3. 轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度例如例如 相對誤差相對誤差 1 LSB /2 ，即說明實際輸出數(shù)字量，即說明實際輸出數(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)換時間是指轉(zhuǎn)換時間是指 A / D 轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間，轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間，即從

58、接到轉(zhuǎn)換控制信號開始到輸出端得到穩(wěn)定數(shù)字量所需即從接到轉(zhuǎn)換控制信號開始到輸出端得到穩(wěn)定數(shù)字量所需的時間。轉(zhuǎn)換時間越小，轉(zhuǎn)換速度越高。的時間。轉(zhuǎn)換時間越小，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-:基準電壓正負端基準電壓正負端CREF : 基準電容端基準電容端COM : 模擬信號公共端模擬信號公共端TEST : 數(shù)字地和測試端數(shù)字地和測試端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:時鐘振蕩器外接元件端時鐘振蕩器外接元件端VDD、VEE : 電源正、負端電源正、負端a1g1 : 個位筆段驅(qū)動端個位筆段驅(qū)動端a2g2 : 十位筆段驅(qū)動端十位筆段驅(qū)動端a3g3 : 百位筆段驅(qū)動端百位筆段驅(qū)動端bc4 : 千位千位b、c 筆段驅(qū)動端筆段驅(qū)