數(shù)模轉(zhuǎn)換講解

1、1第九章第九章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換 本章的重點(diǎn)：本章的重點(diǎn)： 1D/A轉(zhuǎn)換器的基本工作原理（包括雙極性輸出），輸轉(zhuǎn)換器的基本工作原理（包括雙極性輸出），輸入與輸出關(guān)系的定量計(jì)算；入與輸出關(guān)系的定量計(jì)算； 2A/D轉(zhuǎn)換器的主要類型（并聯(lián)比較型、逐次漸近型、轉(zhuǎn)換器的主要類型（并聯(lián)比較型、逐次漸近型、雙積分型），它們的基本工作原理和綜合性能的比較；雙積分型），它們的基本工作原理和綜合性能的比較； 3D/A，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度與轉(zhuǎn)換精度及影響它們轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度與轉(zhuǎn)換精度及影響它們的主要因素。的主要因素。 由于目前使用的由于目前使用的D/A、A/D期間都是期間都是LSI電路，所以講授電路

2、，所以講授的重點(diǎn)是在轉(zhuǎn)換原理及器件應(yīng)用方法上，而不在于器件內(nèi)的重點(diǎn)是在轉(zhuǎn)換原理及器件應(yīng)用方法上，而不在于器件內(nèi)部詳細(xì)的結(jié)構(gòu)及工作過程。部詳細(xì)的結(jié)構(gòu)及工作過程。本章的難點(diǎn)：本章的難點(diǎn)： 本章的難點(diǎn)在一些本章的難點(diǎn)在一些A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和詳細(xì)工作轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和詳細(xì)工作過程上，但這不是本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。過程上，但這不是本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。2第九章第九章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述數(shù)模轉(zhuǎn)換：將數(shù)字量數(shù)模轉(zhuǎn)換：將數(shù)字量 (Digital)轉(zhuǎn)換為模擬量轉(zhuǎn)換為模擬量(Analog)。簡稱簡稱D/A 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換：將模擬量模數(shù)轉(zhuǎn)換：將模擬量(Analog)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量

3、轉(zhuǎn)換為數(shù)字量(Digital)。簡稱簡稱A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。被控對象被控對象傳感器傳感器A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路3主要指標(biāo)：轉(zhuǎn)換精度；轉(zhuǎn)換速度。主要指標(biāo)：轉(zhuǎn)換精度；轉(zhuǎn)換速度。D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器權(quán)電流型權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器開關(guān)樹型開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器直接轉(zhuǎn)換型直接轉(zhuǎn)換型并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型反饋比較型反饋比較型間接轉(zhuǎn)換型間接轉(zhuǎn)換型雙積分型（雙積分型（VT變換型）變換型）VF變換型變換型計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型逐次漸進(jìn)型逐次漸

4、進(jìn)型分類：分類：4一、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)一、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第二節(jié)第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.原理原理由四部分組成：由四部分組成：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)；權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)；求和放大器；求和放大器；模擬開關(guān)；模擬開關(guān)；參考電源；參考電源；權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)求和放大器求和放大器模擬開關(guān)模擬開關(guān)任務(wù)：求出輸出模擬電壓任務(wù)：求出輸出模擬電壓 與輸入數(shù)字量與輸入數(shù)字量d3d2d1d0間的關(guān)系。間的關(guān)系。oiRFo)(0123IIIIRF)2222(230211203ddddRVRREF)2222(2001122334ddddVREF)2222(200112211ddddVnnnnnREFo 2.特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.電

5、阻數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單；電阻數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單；2.電阻種類多，差別大，不電阻種類多，差別大，不易集成。易集成。Least Significant BitMost Significant Bit輸入數(shù)輸入數(shù)字量字量DVnREF2輸入數(shù)輸入數(shù)字量字量5二、倒二、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.原理：原理：電阻網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：電阻網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：模擬開關(guān)模擬開關(guān)Si不論接何不論接何位置，都相當(dāng)于接地。位置，都相當(dāng)于接地。任意節(jié)點(diǎn)向左看的任意節(jié)點(diǎn)向左看的等效電阻皆為等效電阻皆為R。RVIREFRio公式推導(dǎo)公式推導(dǎo)012316842dIdIdIdIi6Rio)2222(2001122334ddddVRE

6、F)2222(200112211ddddVnnnnnREFo RVIREF012316842dIdIdIdIi倒倒T型型)16842(0123ddddRVRREF7集成集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器CB7520簡介：（十位）簡介：（十位）電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：1.電阻種類少，便于集成；電阻種類少，便于集成；2.開關(guān)切換時(shí)，各點(diǎn)電位不變。因此，速度快。開關(guān)切換時(shí)，各點(diǎn)電位不變。因此，速度快。可外接反可外接反饋電阻饋電阻R需外接需外接運(yùn)放運(yùn)放模擬開關(guān)電路：模擬開關(guān)電路：8 在權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)在權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器和倒轉(zhuǎn)換器和倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換器中，若模擬開關(guān)不是理想開關(guān)，其導(dǎo)通電阻和導(dǎo)

7、通壓降將影響轉(zhuǎn)換若模擬開關(guān)不是理想開關(guān)，其導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降將影響轉(zhuǎn)換精度。權(quán)電流型精度。權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器可解決這一問題。轉(zhuǎn)換器可解決這一問題。三、權(quán)電流型三、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器FORi)(02122232432ddddRIIIIF)2222(2001122334ddddIRF 恒流源如圖。但電阻恒流源如圖。但電阻REi的種類多。因此，經(jīng)常用倒的種類多。因此，經(jīng)常用倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用來實(shí)現(xiàn)。型電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用來實(shí)現(xiàn)。9)2222(2001122334ddddRVRRREFF)2222(2001122334ddddIRFO10雙極型電路；雙極型電路；8位數(shù)字量輸入；位數(shù)字量輸

8、入；外接求和放大器；外接求和放大器；外接電阻。外接電阻。)2222(2001122334ddddRVRRREFFODRVRRREFFO82若取若取VREF=10V、RR=RF=5K則：則：DO8210輸入數(shù)輸入數(shù)字量字量此時(shí)，輸出模擬電壓范圍為：此時(shí)，輸出模擬電壓范圍為：09.96V。權(quán)電流型集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器權(quán)電流型集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0808簡介簡介參考四位時(shí)的公式：參考四位時(shí)的公式：有：有：11 帶符號數(shù)以補(bǔ)碼形式給出。輸出為正、負(fù)極性的模擬電壓。帶符號數(shù)以補(bǔ)碼形式給出。輸出為正、負(fù)極性的模擬電壓。四、具有雙極性輸出的四、具有雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 當(dāng)輸入數(shù)字量是帶符號數(shù)時(shí)，當(dāng)輸入數(shù)

9、字量是帶符號數(shù)時(shí)，就需要雙極性輸出的就需要雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。當(dāng)當(dāng)d2=1時(shí)，對應(yīng)輸出電壓為時(shí)，對應(yīng)輸出電壓為4V。IB應(yīng)等于應(yīng)等于I/2因此：因此：RVIRVREFBB22DDDVREFO8823三位三位DAC的輸出的輸出取反取反12五、五、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度（一）轉(zhuǎn)換精度（一）轉(zhuǎn)換精度通常用通常用分辨率分辨率和和轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差來描述。來描述。1.分辨率：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分分辨率：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分02n-1共共2n個(gè)輸入數(shù)字量。個(gè)輸入數(shù)字量。表示方法：表示方法：(1)用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；如用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；如8位。位

10、。(2)用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。該比值顯然等于：該比值顯然等于：121nnREFV2) 12(2nnREFV13 由于電路各部分都有誤差，還要給出誤差來表示實(shí)際能達(dá)到由于電路各部分都有誤差，還要給出誤差來表示實(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。的轉(zhuǎn)換精度。 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差有時(shí)也稱為有時(shí)也稱為線線性誤差性誤差。它表示實(shí)際的。它表示實(shí)際的D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換特性和理想轉(zhuǎn)換特性之間換特性和理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差。的最大偏差。轉(zhuǎn)換誤差的表示形式：轉(zhuǎn)換誤差的表示形式： （1）最低有效位的倍數(shù)。如：）最低有效位的倍數(shù)。如：1LSB。（2）輸出電壓滿刻度）輸出電壓

11、滿刻度FSR(Full Scale Range)的百分?jǐn)?shù)。的百分?jǐn)?shù)。如：如：0.1FSR。2.轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差：143.轉(zhuǎn)換誤差分析轉(zhuǎn)換誤差分析 D/A轉(zhuǎn)換器的四個(gè)組成部分，均可引起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的四個(gè)組成部分，均可引起轉(zhuǎn)換誤差。但具有不同的特點(diǎn)。換誤差。但具有不同的特點(diǎn)。(1)參考電源引起的誤差稱為參考電源引起的誤差稱為比例系數(shù)誤差比例系數(shù)誤差。ODVnREF2O(2)運(yùn)放零點(diǎn)漂移引起的誤差稱為運(yùn)放零點(diǎn)漂移引起的誤差稱為漂移誤差漂移誤差或或平移誤差平移誤差。15(3)模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降以及電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻的模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降以及電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻的偏差引起的誤差稱為偏差引起的誤差稱

12、為非線性誤差非線性誤差。 非線性誤差有時(shí)導(dǎo)致非線性誤差有時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換特性局部非單調(diào)性，轉(zhuǎn)換特性局部非單調(diào)性，從而引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。從而引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。注意注意：運(yùn)放和參考：運(yùn)放和參考電源多為外接，電電源多為外接，電阻網(wǎng)絡(luò)和模擬開關(guān)阻網(wǎng)絡(luò)和模擬開關(guān)在集成在集成DAC內(nèi)部。內(nèi)部。16例：在例：在10位倒位倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC中，中，VREF=-10V。為保證。為保證VREF偏離偏離標(biāo)準(zhǔn)值所引起的誤差小于標(biāo)準(zhǔn)值所引起的誤差小于1/2LSB，計(jì)算，計(jì)算VREF相對穩(wěn)定度應(yīng)取多少？相對穩(wěn)定度應(yīng)取多少？解：解：1.計(jì)算計(jì)算1/2LSB: 當(dāng)輸入數(shù)字量當(dāng)輸入數(shù)字量D=1時(shí)，輸出電壓為時(shí)，輸出電壓為LS

13、B。故：。故：2.計(jì)算當(dāng)計(jì)算當(dāng)VREF變化量為變化量為 時(shí)所引起的輸出變化時(shí)所引起的輸出變化 量的最大量的最大值值 :REFVOMREFnnREFOMVV) 12(2而：而：即：即：112REFREFVV1121REFREFVV=0.05%這里這里VREF=10V,允許的參考電源允許的參考電源變化量小于變化量小于5mV1/2LSB = 21210REFV21210REFV112REFV輸入數(shù)字量的最大值輸入數(shù)字量的最大值LSBOM2117（二）轉(zhuǎn)換速度（二）轉(zhuǎn)換速度用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間建建立時(shí)間立時(shí)間tset來衡量。來衡量。 建立時(shí)間：從輸入信號變化開始建立時(shí)間：從

14、輸入信號變化開始到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差 1/2LSB范圍以內(nèi)的時(shí)間。范圍以內(nèi)的時(shí)間。 輸入信號由全輸入信號由全0變?yōu)槿優(yōu)槿?所需時(shí)間所需時(shí)間最長。最長。不包含運(yùn)放的不包含運(yùn)放的DAC建立時(shí)間可達(dá)建立時(shí)間可達(dá)0.1 。s當(dāng)外接運(yùn)放時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間還應(yīng)加當(dāng)外接運(yùn)放時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間還應(yīng)加上運(yùn)放的上升（下降）時(shí)間。上運(yùn)放的上升（下降）時(shí)間。RsTRSVtT(max)0(max)轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間建立時(shí)間建立時(shí)間輸出模擬電輸出模擬電壓最大值壓最大值運(yùn)放輸出轉(zhuǎn)運(yùn)放輸出轉(zhuǎn)換速率換速率18第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器一、一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 在在A/D轉(zhuǎn)換器中，由于

15、輸入轉(zhuǎn)換器中，由于輸入模擬信號在時(shí)間上是連續(xù)的，模擬信號在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出數(shù)字信號是離散的，所而輸出數(shù)字信號是離散的，所以轉(zhuǎn)換只能在一系列選定的瞬以轉(zhuǎn)換只能在一系列選定的瞬間對輸入模擬信號采樣，然后間對輸入模擬信號采樣，然后再把這些采樣值轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)再把這些采樣值轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)字量。字量。A/D轉(zhuǎn)換的基本步驟：轉(zhuǎn)換的基本步驟：采樣（取樣）；采樣（取樣）；保持；保持；量化；量化；編碼。編碼。由取樣保持電路完成由取樣保持電路完成由由A/D轉(zhuǎn)換電路完成轉(zhuǎn)換電路完成取取樣樣保保持持191.取樣、保持取樣、保持取樣定理取樣定理：為保證從取樣信：為保證從取樣信號恢復(fù)被取樣信號，必須滿號恢復(fù)被取樣信號，

16、必須滿足足取樣信號頻率取樣信號頻率在實(shí)際的取樣保持電路中有一個(gè)取樣控制信號，它的頻率就是取樣在實(shí)際的取樣保持電路中有一個(gè)取樣控制信號，它的頻率就是取樣信號頻率。信號頻率。取樣定理又稱為香農(nóng)定理取樣定理又稱為香農(nóng)定理(Shannon)。下面通過取樣信號的幅頻特性與濾波器的幅頻特性的關(guān)系說明下面通過取樣信號的幅頻特性與濾波器的幅頻特性的關(guān)系說明取樣定理。取樣定理。(max)2isff 輸入信號輸入信號最高頻率最高頻率20 為低電平時(shí)，為低電平時(shí)，T截止。取樣電截止。取樣電容容CH上的電荷無泄放回路，上的電荷無泄放回路， 將將保持。保持。OL取樣保持電路取樣保持電路取樣電路輸出信號取樣電路輸出信號的

17、幅頻特性的幅頻特性濾波器的幅頻特性濾波器的幅頻特性顯然要滿足顯然要滿足(max)(max)(max)2isiisfffffsf(max)isff IFIORRL 為高電平時(shí)，場效應(yīng)管為高電平時(shí)，場效應(yīng)管T導(dǎo)通導(dǎo)通,進(jìn)進(jìn)行取樣行取樣L 電路缺點(diǎn)：輸入電阻電路缺點(diǎn)：輸入電阻RI過大過大會(huì)降低取樣速度；過小又加重會(huì)降低取樣速度；過小又加重信號源負(fù)載。信號源負(fù)載。改進(jìn)方法：在輸入端加隔離放大器。改進(jìn)方法：在輸入端加隔離放大器。 下面通過集成取樣保持電路下面通過集成取樣保持電路LF198介紹改進(jìn)的取樣保持電路。介紹改進(jìn)的取樣保持電路。此時(shí)無法用濾波此時(shí)無法用濾波器恢復(fù)輸入波形器恢復(fù)輸入波形21集成取樣保

18、持電路集成取樣保持電路LF198調(diào)零調(diào)零輸入模輸入模擬電壓擬電壓取樣控取樣控制信號制信號外接保持電容外接保持電容 在取樣階段，開關(guān)在取樣階段，開關(guān)S接接通，運(yùn)放通，運(yùn)放AI,A2構(gòu)成兩級電構(gòu)成兩級電壓跟隨器壓跟隨器IO 在保持階段，在保持階段，S斷開，電斷開，電容容CH上電荷保持不變，使輸上電荷保持不變，使輸出電壓出電壓 保持不變。保持不變。O二極管二極管D1,D2和電阻和電阻R1構(gòu)成保護(hù)電路。構(gòu)成保護(hù)電路。在取樣階段，在取樣階段，S接通，接通，D1,D2截止，保護(hù)電路不起作用。截止，保護(hù)電路不起作用。 在保持階段，在保持階段，S斷開，斷開， 保持不變；但保持不變；但 在變，使在變，使 達(dá)達(dá)到

19、正（負(fù)）最大值，使開關(guān)到正（負(fù)）最大值，使開關(guān)S承受過高的電壓。接上保護(hù)電承受過高的電壓。接上保護(hù)電路后可使路后可使 基本等于輸入電壓基本等于輸入電壓 。IoOIo222.量化和編碼量化和編碼量化：量化： 把輸出數(shù)字量為把輸出數(shù)字量為1時(shí)對應(yīng)的輸入模擬電壓稱為時(shí)對應(yīng)的輸入模擬電壓稱為量化單元量化單元，記做記做 。當(dāng)輸出數(shù)字量為。當(dāng)輸出數(shù)字量為D時(shí)，對應(yīng)的輸入模擬電壓應(yīng)為時(shí)，對應(yīng)的輸入模擬電壓應(yīng)為D ，即量化單元的整數(shù)倍。，即量化單元的整數(shù)倍。 因此，對于任意輸入模擬電因此，對于任意輸入模擬電壓壓, 首先首先 應(yīng)把它量化為應(yīng)把它量化為 的整數(shù)倍。這就是量化。的整數(shù)倍。這就是量化。編碼：編碼：用二

20、進(jìn)制代碼表示量化后的輸入模擬電壓。用二進(jìn)制代碼表示量化后的輸入模擬電壓。 量化和編碼是在同一個(gè)電路中完成的。下圖說明了兩種量量化和編碼是在同一個(gè)電路中完成的。下圖說明了兩種量化方法：化方法：23當(dāng)輸入電壓不為當(dāng)輸入電壓不為 的整數(shù)倍時(shí)，必然產(chǎn)的整數(shù)倍時(shí)，必然產(chǎn)生誤差，稱為生誤差，稱為量化誤差量化誤差。量化誤差量化誤差2量化誤差量化誤差1/15V若用此范圍表示若用此范圍表示001會(huì)更準(zhǔn)確會(huì)更準(zhǔn)確24輸入為雙極性時(shí)：輸入為雙極性時(shí)：輸出一般采用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示?？捎孟聢D表示：輸出一般采用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示?？捎孟聢D表示：=1V二二進(jìn)進(jìn)制制補(bǔ)補(bǔ)碼碼符號位符號位量化后輸出的二進(jìn)制補(bǔ)碼量化后輸出的二進(jìn)制補(bǔ)碼2

21、5二、直接二、直接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器將輸入模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，不經(jīng)過中間變量。將輸入模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，不經(jīng)過中間變量。介紹并聯(lián)比較型和反饋比較型兩大類。介紹并聯(lián)比較型和反饋比較型兩大類。采用第二類量化方法，采用第二類量化方法，152REFV 轉(zhuǎn)換過程：將要輸入轉(zhuǎn)換過程：將要輸入模擬電壓加在輸入端，然模擬電壓加在輸入端，然后加一個(gè)后加一個(gè)CP脈沖，輸出端脈沖，輸出端就出現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果。就出現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果。編碼情況可用下表說明。編碼情況可用下表說明。特點(diǎn)：特點(diǎn)：速度快，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于速度快，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于50ns；電路復(fù)雜。電路復(fù)雜。不需取樣保持電路；不

22、需取樣保持電路；26d2 = Q4d1= Q6 + Q4Q2d0 = Q7 + Q6Q5 + Q4Q3 + Q2Q1公式化簡過程請公式化簡過程請同學(xué)自己解決。同學(xué)自己解決。272.反饋比較型反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(1)計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 思路：將一數(shù)字量加到思路：將一數(shù)字量加到D/A轉(zhuǎn)換器上，再把轉(zhuǎn)換器上，再把D/A轉(zhuǎn)換器輸出的轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓與輸入模擬電壓相比較。若不相等，則修改數(shù)字量，直模擬電壓與輸入模擬電壓相比較。若不相等，則修改數(shù)字量，直到兩模擬電壓相等，此時(shí)對應(yīng)的數(shù)字量就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。到兩模擬電壓相等，此時(shí)對應(yīng)的數(shù)字量就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。數(shù)字量由計(jì)數(shù)數(shù)字量由計(jì)數(shù)器提供。

23、器提供。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換B10OI0I=由于量化引起的誤差為由于量化引起的誤差為1LSB.（第一類量化方法）（第一類量化方法）特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.電路簡單；電路簡單；2.速度慢。最長轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)速度慢。最長轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)2n-1倍時(shí)鐘信號周期。倍時(shí)鐘信號周期。28(2)逐次漸近型逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字量由逐次漸近寄存器提供。數(shù)字量由逐次漸近寄存器提供。思路：思路：從輸出數(shù)字量的最高位起，逐位判斷該位的值（從輸出數(shù)字量的最高位起，逐位判斷該位的值（0,1）。）。以輸出四位數(shù)字量以輸出四位數(shù)字量a3a2a1a0為例為例:1.輸入輸入1000到逐次漸近寄存器，以確定到逐次漸近寄存器，以確定a3的

24、值；的值；2.輸入輸入a3100到逐次漸近寄存器，以確定到逐次漸近寄存器，以確定a2的值；的值；3.輸入輸入a3a210到逐次漸近寄存器，以確定到逐次漸近寄存器，以確定a1的值；的值；4.輸入輸入a3a2a11到逐次漸近寄存器，以確定到逐次漸近寄存器，以確定a0的值；的值；可見，主要轉(zhuǎn)換步驟只需可見，主要轉(zhuǎn)換步驟只需4個(gè)時(shí)鐘周期就可完成。（實(shí)際轉(zhuǎn)個(gè)時(shí)鐘周期就可完成。（實(shí)際轉(zhuǎn)換器還要增加兩個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)間。）換器還要增加兩個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)間。）下面結(jié)合具體電路說明工作過程。下面結(jié)合具體電路說明工作過程。28頁29 時(shí)，該時(shí)，該位為位為1,否否則該位則該位為為0.OI27頁30移位寄存器初始狀態(tài)：移位寄

25、存器初始狀態(tài)：Q1Q2Q3Q4Q5=10000IBO時(shí)，時(shí)，1CP1后后,移位寄存器為移位寄存器為01000，QAQBQC=100;CP2后后,移位寄存器為移位寄存器為00100，QAQBQC=d210;確定確定d2值。值。CP3后后,移位寄存器為移位寄存器為00010，QAQBQC=d2d11;確定確定d1值。值。CP4后后,移位寄存器為移位寄存器為00001，QAQBQC=d2d1d0;確定確定d0值。值。同時(shí)輸出同時(shí)輸出d2d1d0。CP5后后,移位寄存器為移位寄存器為10000，QAQBQCd2d1d0，但對下一步無影響。，但對下一步無影響。一般，當(dāng)輸出為一般，當(dāng)輸出為n位時(shí)，需位時(shí)，

26、需n+2個(gè)時(shí)鐘周期可完成轉(zhuǎn)換。個(gè)時(shí)鐘周期可完成轉(zhuǎn)換。特點(diǎn)：特點(diǎn)：速度較快；電路也不太復(fù)雜。速度較快；電路也不太復(fù)雜。因此，逐次漸近型因此，逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器是集成轉(zhuǎn)換器是集成A/D轉(zhuǎn)換器用的最多的一種。轉(zhuǎn)換器用的最多的一種。第二種量化方法第二種量化方法31三、間接三、間接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器中間變量為時(shí)間中間變量為時(shí)間T的，稱為的，稱為V-T變換型（電壓時(shí)間變換型）；變換型（電壓時(shí)間變換型）；中間變量為頻率中間變量為頻率F的，稱為的，稱為V-F變換型（電壓頻率變換型）；變換型（電壓頻率變換型）；屬于屬于V-T變換型。變換型。第一次積分第一次積分:對輸入模

27、擬電壓對輸入模擬電壓定定時(shí)時(shí)積分，時(shí)間為積分，時(shí)間為T1,由控制邏輯由控制邏輯電路決定；電路決定；第二次積分第二次積分:對參考電源對參考電源VREF定定速速積分，積分， 的變化速度由的變化速度由VREF,R和和C決定。決定。OIdtCC1dtCRI電容電容C上電壓上電壓32t1時(shí)刻電容電壓時(shí)刻電容電壓 即即 值為：值為：coodtCRIIRCT1第二次積分結(jié)束時(shí)積分器輸出第二次積分結(jié)束時(shí)積分器輸出電壓為電壓為0，即，即0121IttRCVoRCTdtREFIREFRCTVRCT12故：故：IREFVTT1233IREFVTT12設(shè)時(shí)鐘周期為設(shè)時(shí)鐘周期為TC，輸出數(shù)字量為，輸出數(shù)字量為D，則，則

28、CnTT21CDTT2代入上式得：代入上式得：IREFnVD2可使可使T1=2nTC，T2=DTC的電路如的電路如下圖：下圖：至于至于T1，若滿足，若滿足34影響精度因素：影響精度因素： 計(jì)數(shù)器位數(shù)；計(jì)數(shù)器位數(shù)；比較器靈敏度；比較器靈敏度；比較器零點(diǎn)漂移；比較器零點(diǎn)漂移； 運(yùn)放零點(diǎn)漂移；運(yùn)放零點(diǎn)漂移； 積分電容漏電；積分電容漏電；TC瞬間波動(dòng)。瞬間波動(dòng)。35特點(diǎn)：特點(diǎn)： 性能穩(wěn)定。轉(zhuǎn)換結(jié)果與性能穩(wěn)定。轉(zhuǎn)換結(jié)果與R,C無關(guān)；也與時(shí)鐘周期無關(guān)。這是無關(guān)；也與時(shí)鐘周期無關(guān)。這是兩次積分的結(jié)果。兩次積分的結(jié)果。 抗干擾能力強(qiáng)。積分器對平均值為抗干擾能力強(qiáng)。積分器對平均值為0的干擾有很強(qiáng)的抑制能的干擾有很強(qiáng)的抑制能力。如電網(wǎng)干擾，若取第一次積分時(shí)間為交流電網(wǎng)電壓周期的整力。如電網(wǎng)干擾，若取第一次積分時(shí)間為交流電網(wǎng)電壓周期的整數(shù)倍，理論上可完全抑制電網(wǎng)干擾。數(shù)倍，理論上可完全抑制電網(wǎng)干擾。缺點(diǎn)是速度慢。完成一次轉(zhuǎn)換時(shí)間不小于缺點(diǎn)是速度慢。完成一次轉(zhuǎn)換時(shí)間不小于2n+1TC。在要求速度不高的場合有廣泛的應(yīng)用。如數(shù)字電壓表等。在要求速度不高的場合有廣泛的應(yīng)用。如數(shù)字電壓表等。362.V-F變換型變換型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 壓控振蕩器輸出脈沖頻率于輸入電壓有很好的線性關(guān)系。壓控振蕩器