數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換

1、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換11.1 概述概述v模擬量：如溫度、壓力和聲音等。模擬量：如溫度、壓力和聲音等。v通常需要將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以送到通常需要將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以送到數(shù)字系統(tǒng)加工處理。數(shù)字系統(tǒng)加工處理。v經(jīng)過處理得到的數(shù)字信號也經(jīng)常再被轉(zhuǎn)換成模經(jīng)過處理得到的數(shù)字信號也經(jīng)常再被轉(zhuǎn)換成模擬信號，送回物理系統(tǒng)，對系統(tǒng)物理量進(jìn)行調(diào)擬信號，送回物理系統(tǒng)，對系統(tǒng)物理量進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。節(jié)和控制。傳感器傳感器(溫度、壓力、流溫度、壓力、流量等模擬量）量等模擬量）A/D計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)（數(shù)字量）（數(shù)字量）顯示器顯示器D/A執(zhí)行部件執(zhí)行部件（模擬量控制）（模擬量控制）打印機(jī)打印機(jī)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字將模擬量轉(zhuǎn)

2、換為數(shù)字量的器件稱為模數(shù)轉(zhuǎn)量的器件稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器或器或ADC。將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件稱為數(shù)模轉(zhuǎn)量的器件稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱換器，簡稱D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器或器或DAC。ADC和和DAC是溝通模擬電路和數(shù)字電是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口. .ADC和和DAC的應(yīng)用：的應(yīng)用：D/A和和A/D的分類：的分類： DACDACDACDACTDACAD權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)開關(guān)樹型開關(guān)樹型權(quán)電流型權(quán)電流型形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)倒倒權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)/ 變變換換型型變變換換型型間間接接型型反反饋饋比比

3、較較型型并并聯(lián)聯(lián)比比較較型型直直接接型型FVTVDA/11.2 11.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器vD/A轉(zhuǎn)換可以將輸入的一個(gè)轉(zhuǎn)換可以將輸入的一個(gè)n位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成比例的模擬量（電壓或電流）。成與之成比例的模擬量（電壓或電流）。 vD/A轉(zhuǎn)換器通常由譯碼網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、集成運(yùn)轉(zhuǎn)換器通常由譯碼網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、集成運(yùn)放和基準(zhǔn)電壓等部分組成放和基準(zhǔn)電壓等部分組成 。模模擬擬開開關(guān)關(guān)權(quán)權(quán)電電阻阻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)求求和和放放大大器器 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器一、電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、電路結(jié)構(gòu)和工作原理負(fù)反饋的運(yùn)算放大器：負(fù)反饋的運(yùn)算放大器：v理想放大器：開環(huán)增益無窮大，輸入電流

4、為零（即理想放大器：開環(huán)增益無窮大，輸入電流為零（即輸入電阻無窮大），輸出電阻為零。輸入電阻無窮大），輸出電阻為零。vV+V時(shí)，時(shí)，vO0; V+V時(shí)，時(shí)，vO0。vV+ V= 0。虛地虛地RVIRVIRVIRVIRVIREFREFREFREFiREFi031221302222 權(quán)電流：權(quán)電流：vS3S0受輸入代碼受輸入代碼d3d0的取值控制，的取值控制，di=0時(shí)，開關(guān)接地，時(shí)，開關(guān)接地，Ii=0；di=1時(shí)，開關(guān)接時(shí)，開關(guān)接VREF, Ii流向求和放大器。流向求和放大器。nnREFREFREFREFREFREFFFFODVddddVdRVdRVdRVdRVRIIIIRiRv2)2222(2

5、)222()(0011223340312230123 2RRF因而因而vO O的變化范圍是的變化范圍是 REFnnV2120 當(dāng)當(dāng)Dn=0時(shí)，時(shí)，vO=0；當(dāng)當(dāng)Dn=111時(shí)，時(shí)， 。權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：v1. 優(yōu)點(diǎn)：簡單。優(yōu)點(diǎn)：簡單。v2. 缺點(diǎn)：電阻值相差大，難于保證精度，且大缺點(diǎn)：電阻值相差大，難于保證精度，且大電阻不宜于集成在電阻不宜于集成在IC內(nèi)部。內(nèi)部。REFnnOVv212 nnREFODVv2 雙極權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)雙極權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器nREFREFODVddddVv80011667782)2222(2 倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)DACRRR

6、R)()()()(16842010123IdIdIdIdiIdiIdiiii流入地端時(shí)，流入時(shí)，440011223342)2222(21DVddddRVRRivREFREFO nnREFODVvn2 位位輸輸入入時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)有有對對REFnnOnnVvD2120, 120 范圍為范圍為為為“正正”取取“負(fù)負(fù)”則則得得OREFvV442DVvREFO 7520CB實(shí)例： 權(quán)電流型權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器EiBEEEBiRVVVI 只要在電路工作時(shí)保證只要在電路工作時(shí)保證VB和和VEE穩(wěn)定不變，則穩(wěn)定不變，則Ii可保持恒定，不受開關(guān)內(nèi)阻的影響?？杀３趾愣?，不受開關(guān)內(nèi)阻的影響。44001122334

7、01232)2222(2)16842(DIRddddIRIdIdIdIdRRivFFFFO 利用倒利用倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的權(quán)電流型形電阻網(wǎng)絡(luò)的權(quán)電流型DAC基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流發(fā)生電路發(fā)生電路IRVIIRREFEREF 32)2222(2200112233444ddddRVRDIRvRREFFFO 0808DAC實(shí)實(shí)例例：0808DAC實(shí)實(shí)例例：8882102DDVRRvnREFRFO 具有雙極性輸出的具有雙極性輸出的DAC當(dāng)輸入數(shù)字量有正負(fù)數(shù)時(shí)，希望輸出的模擬電壓也對應(yīng)有正負(fù)當(dāng)輸入數(shù)字量有正負(fù)數(shù)時(shí)，希望輸出的模擬電壓也對應(yīng)有正負(fù)極性。極性。例：輸入為例：輸入為3位二進(jìn)制補(bǔ)碼。最高位為符號位，正數(shù)為位

8、二進(jìn)制補(bǔ)碼。最高位為符號位，正數(shù)為0，負(fù)數(shù)，負(fù)數(shù)為為1。- -4V4V- -4 40 00 01 1- -3V3V- -3 31 10 01 1- -2V2V- -2 20 01 11 1- -1V1V- -1 11 11 11 10V0V0 00 00 00 0+1V+1V+1+11 10 00 0+2V+2V+2+20 01 10 0+3V+3V+3+31 11 10 0D2 D1 D0D2 D1 D0要求的要求的要求的要求的輸出輸出輸出輸出對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入- -4V4V- -4 40 00 01 1- -3V3V- -3 3

9、1 10 01 1- -2V2V- -2 20 01 11 1- -1V1V- -1 11 11 11 10V0V0 00 00 00 0+1V+1V+1+11 10 00 0+2V+2V+2+20 01 10 0+3V+3V+3+31 11 10 0D2 D1 D0D2 D1 D0要求的要求的要求的要求的輸出輸出輸出輸出對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入電路實(shí)現(xiàn)電路實(shí)現(xiàn)VVVvVvVvdddvVVOOOOOREF4100711110010000)222(288. 10011223 則則- -4V4V- -4 40 00 01 1- -3V3V-

10、-3 31 10 01 1- -2V2V- -2 20 01 11 1- -1V1V- -1 11 11 11 10V0V0 00 00 00 0+1V+1V+1+11 10 00 0+2V+2V+2+20 01 10 0+3V+3V+3+31 11 10 0D2 D1 D0D2 D1 D0要求的要求的要求的要求的輸出輸出輸出輸出對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入- -4V4V- -4 40 00 01 1- -3V3V- -3 31 10 01 1- -2V2V- -2 20 01 11 1- -1V1V- -1 11 11 11 10V0V0

11、00 00 00 0+1V+1V+1+11 10 00 0+2V+2V+2+20 01 10 0+3V+3V+3+31 11 10 0D2 D1 D0D2 D1 D0要求的要求的要求的要求的輸出輸出輸出輸出對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入- -4V4V0 00 00 00 0- -3V3V+1V+1V1 10 00 0- -2V2V+2V+2V0 01 10 0- -1V1V+3V+3V1 11 10 00V0V+4V+4V0 00 01 1+1V+1V+5V+5V1 10 01 1+2V+2V+6V+6V0 01 11 1+3V+3V+7V+7

12、V1 11 11 1D2 D1 D0D2 D1 D0偏移偏移偏移偏移- -4V4V后后后后的輸出的輸出的輸出的輸出無偏移時(shí)無偏移時(shí)無偏移時(shí)無偏移時(shí)的輸出的輸出的輸出的輸出絕對值輸入絕對值輸入絕對值輸入絕對值輸入- -4V4V0 00 00 00 0- -3V3V+1V+1V1 10 00 0- -2V2V+2V+2V0 01 10 0- -1V1V+3V+3V1 11 10 00V0V+4V+4V0 00 01 1+1V+1V+5V+5V1 10 01 1+2V+2V+6V+6V0 01 11 1+3V+3V+7V+7V1 11 11 1D2 D1 D0D2 D1 D0偏移偏移偏移偏移- -4

13、V4V后后后后的輸出的輸出的輸出的輸出無偏移時(shí)無偏移時(shí)無偏移時(shí)無偏移時(shí)的輸出的輸出的輸出的輸出絕對值輸入絕對值輸入絕對值輸入絕對值輸入- -4V4V- -4 40 00 01 1- -3V3V- -3 31 10 01 1- -2V2V- -2 20 01 11 1- -1V1V- -1 11 11 11 10V0V0 00 00 00 0+1V+1V+1+11 10 00 0+2V+2V+2+20 01 10 0+3V+3V+3+31 11 10 0D2 D1 D0D2 D1 D0要求的要求的要求的要求的輸出輸出輸出輸出對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入

14、補(bǔ)碼輸入- -4V4V- -4 40 00 01 1- -3V3V- -3 31 10 01 1- -2V2V- -2 20 01 11 1- -1V1V- -1 11 11 11 10V0V0 00 00 00 0+1V+1V+1+11 10 00 0+2V+2V+2+20 01 10 0+3V+3V+3+31 11 10 0D2 D1 D0D2 D1 D0要求的要求的要求的要求的輸出輸出輸出輸出對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的對應(yīng)的十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入- -4V4V0 00 00 00 0- -3V3V+1V+1V1 10 00 0- -2V2V+2V+2V0 01

15、10 0- -1V1V+3V+3V1 11 10 00V0V+4V+4V0 00 01 1+1V+1V+5V+5V1 10 01 1+2V+2V+6V+6V0 01 11 1+3V+3V+7V+7V1 11 11 1D2 D1 D0D2 D1 D0偏移偏移偏移偏移- -4V4V后后后后的輸出的輸出的輸出的輸出無偏移時(shí)無偏移時(shí)無偏移時(shí)無偏移時(shí)的輸出的輸出的輸出的輸出絕對值輸入絕對值輸入絕對值輸入絕對值輸入- -4V4V0 00 00 00 0- -3V3V+1V+1V1 10 00 0- -2V2V+2V+2V0 01 10 0- -1V1V+3V+3V1 11 10 00V0V+4V+4V0

16、00 01 1+1V+1V+5V+5V1 10 01 1+2V+2V+6V+6V0 01 11 1+3V+3V+7V+7V1 11 11 1D2 D1 D0D2 D1 D0偏移偏移偏移偏移- -4V4V后后后后的輸出的輸出的輸出的輸出無偏移時(shí)無偏移時(shí)無偏移時(shí)無偏移時(shí)的輸出的輸出的輸出的輸出絕對值輸入絕對值輸入絕對值輸入絕對值輸入1v將符號位反相后接至高位輸入。將符號位反相后接至高位輸入。v將輸出偏移使輸入為將輸出偏移使輸入為100時(shí)輸出為時(shí)輸出為0。即可即可只需令只需令時(shí)，時(shí)，輸入輸入時(shí)，時(shí)，使輸入使輸入偏移偏移RVIRViIRVIivVREFBBBREFO22221000100,4. 2 偏

17、移電路偏移電路11.2.7 DAC的轉(zhuǎn)換精度與速度的轉(zhuǎn)換精度與速度一、轉(zhuǎn)換精度一、轉(zhuǎn)換精度1. 分辨率（理論精度）：分辨率（理論精度）：用于表征用于表征D/A轉(zhuǎn)換器對輸轉(zhuǎn)換器對輸入微小量變化的敏感程度。入微小量變化的敏感程度。121 n分辨率分辨率v分辨率：分辨率：D/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數(shù)可用輸入數(shù)字量的位數(shù)級數(shù)可用輸入數(shù)字量的位數(shù)n表示表示D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的分辨率；的分辨率；v可用可用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比來表示分辨率。比來表示分辨率。v輸入數(shù)字量的位數(shù)輸入數(shù)字量的位數(shù)n越大，分辨率

18、數(shù)值越小，分辨能越大，分辨率數(shù)值越小，分辨能力越高。力越高。v分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對輸入量的微小變化的反應(yīng)越分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對輸入量的微小變化的反應(yīng)越靈敏。靈敏。 v10位位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為轉(zhuǎn)換器的分辨率為v8位位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為轉(zhuǎn)換器的分辨率為 10110.1%2110238110.4%21255121 n分辨率分辨率2. 轉(zhuǎn)換誤差（實(shí)際精度）轉(zhuǎn)換誤差（實(shí)際精度）v轉(zhuǎn)換誤差表示實(shí)際的轉(zhuǎn)換誤差表示實(shí)際的D/A轉(zhuǎn)換特性和理想轉(zhuǎn)換特轉(zhuǎn)換特性和理想轉(zhuǎn)換特性間的最大偏差。性間的最大偏差。v轉(zhuǎn)換誤差一般用最低有效位的倍數(shù)來表示，如轉(zhuǎn)換誤差一般用最低有效位的倍數(shù)來表示，如1/2LSB。LSB表

19、示當(dāng)輸入為表示當(dāng)輸入為0001時(shí)的輸出電壓。時(shí)的輸出電壓。v有時(shí)也用絕對誤差與輸出電壓滿刻度的百分?jǐn)?shù)來表有時(shí)也用絕對誤差與輸出電壓滿刻度的百分?jǐn)?shù)來表示輸出電壓誤差絕對值的大小。示輸出電壓誤差絕對值的大小。v轉(zhuǎn)換誤差的影響因素主要有模擬開關(guān)導(dǎo)通的壓降、轉(zhuǎn)換誤差的影響因素主要有模擬開關(guān)導(dǎo)通的壓降、電阻網(wǎng)絡(luò)阻值差、參考電壓偏差和集成運(yùn)放漂移等。電阻網(wǎng)絡(luò)阻值差、參考電壓偏差和集成運(yùn)放漂移等。 二、誤差分析二、誤差分析)(.1比比例例系系數(shù)數(shù)誤誤差差引引起起的的誤誤差差REFV nnREFOnnREFODVvDVv22 漂漂移移誤誤差差. 2。電電阻阻阻阻值值的的偏偏差差引引起起的的絡(luò)絡(luò)中中和和導(dǎo)導(dǎo)通通

20、壓壓降降以以及及電電阻阻網(wǎng)網(wǎng)由由模模擬擬開開關(guān)關(guān)的的導(dǎo)導(dǎo)通通內(nèi)內(nèi)阻阻非非線線性性誤誤差差. 3對對值值相相加加總總誤誤差差：幾幾種種誤誤差差的的絕絕*）。的的相相對對穩(wěn)穩(wěn)定定度度（試試求求引引起起的的誤誤差差偏偏差差）中中，若若保保證證由由形形位位倒倒（例例：REFREFREFREFVVVLSBVDACTG 221REFREFOnnnREFOVLSBVvDDVvLSB產(chǎn)產(chǎn)生生的的輸輸出出電電壓壓為為：）時(shí)時(shí)，所所以以（因因?yàn)闉樵谠谳斴敵龀霎a(chǎn)產(chǎn)生生的的電電壓壓為為 REFOnnnnREFOOREFVvDDVvvV 10102)12(12,2最最大大誤誤差差

21、時(shí)時(shí)對對應(yīng)應(yīng)為為產(chǎn)產(chǎn)生生的的由由%05. 02112221221221110101111101011 REFREFREFREFREFOVVVVVV所所以以即即要要求求二、轉(zhuǎn)換速度二、轉(zhuǎn)換速度v建立時(shí)間建立時(shí)間tset：從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，到：從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)定值相差輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)定值相差0.5LSB范圍內(nèi)所需范圍內(nèi)所需要的時(shí)間。要的時(shí)間。11.3 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器11.3.1 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 由于輸入的模擬量在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出由于輸入的模擬量在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出的數(shù)字量是離散的，所以轉(zhuǎn)換時(shí)要在時(shí)間上對模的數(shù)字量是離散的，所

22、以轉(zhuǎn)換時(shí)要在時(shí)間上對模擬信號離散化（取樣），在取樣結(jié)束后的保持時(shí)擬信號離散化（取樣），在取樣結(jié)束后的保持時(shí)間內(nèi)將取樣的電壓量化為數(shù)字量（量化），間內(nèi)將取樣的電壓量化為數(shù)字量（量化）， 并按并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果（編碼）。一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果（編碼）。A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟為：轉(zhuǎn)換的一般步驟為：采樣采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。一一. .取樣定理取樣定理 max2 ffsv取樣定理：為保證從取樣信號恢復(fù)被取樣信號，取樣定理：為保證從取樣信號恢復(fù)被取樣信號，必須滿足必須滿足v在實(shí)際的取樣保持電路中有一個(gè)取樣控制

23、信號，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。它的頻率就是取樣信號頻率。取樣信取樣信號頻率號頻率輸入信號輸入信號最高頻率最高頻率模擬信號模擬信號取樣信號取樣信號二、量化和編碼二、量化和編碼v量化量化 將采樣電壓轉(zhuǎn)化為最小數(shù)量單位（將采樣電壓轉(zhuǎn)化為最小數(shù)量單位（）的整數(shù)倍）的整數(shù)倍的過程。的過程。v編碼編碼 將量化的結(jié)果用代碼表示出來（二進(jìn)制，二十將量化的結(jié)果用代碼表示出來（二進(jìn)制，二十進(jìn)制）。進(jìn)制）。v量化誤差量化誤差 當(dāng)采樣電壓不能被當(dāng)采樣電壓不能被整除時(shí)，將引入量化誤差整除時(shí)，將引入量化誤差。例如：要將例如：要將0 1V的模擬電壓轉(zhuǎn)換為三位二進(jìn)制代碼。的模擬電壓

24、轉(zhuǎn)換為三位二進(jìn)制代碼。方法方法1：取：取 1/8 V，0 1/8 V 的電壓以的電壓以0 表示，則：表示，則：可見量化誤差最大達(dá)可見量化誤差最大達(dá) =1/8 V。方法方法2：取：取 2/15 V，0 1/15 V 的電壓以的電壓以0 表示，表示，則則可見量化誤差最大達(dá)可見量化誤差最大達(dá) /2=1/15 V。模擬模擬電壓電壓代表的模擬代表的模擬電壓電平電壓電平二進(jìn)制二進(jìn)制編碼編碼-vc+ 取樣保持電路取樣保持電路取樣控取樣控制信號制信號MOS管，做管，做模擬開關(guān)模擬開關(guān)輸入輸入電阻電阻取樣取樣電容電容)(IFICORR 若若 vvL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，CH充電，

25、進(jìn)行取充電，進(jìn)行取樣。樣。vvL為低電平時(shí)，為低電平時(shí)，T截止。取樣電容截止。取樣電容CH上的電荷無泄上的電荷無泄放回路，放回路，vO 被保持。被保持。v電路缺點(diǎn)：輸入電阻電路缺點(diǎn)：輸入電阻R1過大會(huì)降低取樣速度；過小過大會(huì)降低取樣速度；過小又將降低電路的輸入阻抗，加重信號源負(fù)載。又將降低電路的輸入阻抗，加重信號源負(fù)載。v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。調(diào)零調(diào)零外接保外接保持電容持電容輸入模輸入模擬電壓擬電壓取樣控取樣控制信號制信號IOv在取樣階段，開關(guān)在取樣階段，開關(guān)S接通，運(yùn)放接通，運(yùn)放A1，A2構(gòu)成兩級電構(gòu)成兩級電壓跟隨器。壓跟隨器。v在保持階段，在保持階

26、段，S斷開，電容斷開，電容CH上電荷保持不變，使上電荷保持不變，使輸出電壓輸出電壓vO保持不變。保持不變。集成取樣保持電路集成取樣保持電路LF398v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。v在保持階段，在保持階段，S斷開，斷開，vO保持不變，但保持不變，但vI在變，則在變，則 vO1的變化可能很大，使開關(guān)的變化可能很大，使開關(guān)S承受過高的電壓。接承受過高的電壓。接上保護(hù)電路后可使上保護(hù)電路后可使vO1的變化不會(huì)太大。的變化不會(huì)太大。v在取樣階段，在取樣階段，S接通，接通，D1、D2截止，保護(hù)電路不起截止，保護(hù)電路不起作用。作用。 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換

27、器00000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159RRVV011111115131511RRVV111111115151513RRVVRV151RV153RV155RV157RV159RV1511RV1513量化量化00000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159RRVV011111115131511RRVV111

28、111115151513RRVVd2d1d0111110101100011010001000編碼編碼量化單位為量化單位為 =(2/15)VREF量化誤差為量化誤差為|max|= (1/15)VREFRV151RV153RV155RV157RV159RV1511RV1513 12345670246142QQQQQQQdQQQdQd并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型ADC的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：v轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換速度快，CLK觸發(fā)信號到達(dá)到輸出穩(wěn)定建立只觸發(fā)信號到達(dá)到輸出穩(wěn)定建立只需幾十納秒。需幾十納秒。v含有寄存器，不需要含有寄存器，不需要取樣取樣-保持保持電路。電路。v電路復(fù)雜，電路復(fù)雜，n位需要位需要2n-1個(gè)個(gè)

29、比較器、觸發(fā)器。比較器、觸發(fā)器。 反饋比較型反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器v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)轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓與輸入模擬電壓相比較。若不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，直到兩模擬電壓相等，此時(shí)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。對應(yīng)的數(shù)字量就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。1. 計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型轉(zhuǎn)換開始前先用復(fù)位信號將計(jì)數(shù)器置零，而且轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開始前先用復(fù)位信號將計(jì)數(shù)器置零，而且轉(zhuǎn)換控制信號應(yīng)停留在換控制信號應(yīng)停留在vL=0的狀態(tài)。的狀態(tài)。CDAC(MSB)(LSB)(MSB)(LSB)CL

30、KIvOvLv脈脈沖沖源源模模擬擬輸輸入入并并行行數(shù)數(shù)字字輸輸出出計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器輸輸出出寄寄存存器器GBv當(dāng)當(dāng)vL變?yōu)楦唠娖綍r(shí)開始轉(zhuǎn)換，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，變?yōu)楦唠娖綍r(shí)開始轉(zhuǎn)換，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，vO不不斷增加。斷增加。當(dāng)增至當(dāng)增至vO = vI時(shí)，時(shí)，vB=0將門封鎖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，將門封鎖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，這時(shí)計(jì)數(shù)器中所存的數(shù)字就是所求的輸出數(shù)字信號。這時(shí)計(jì)數(shù)器中所存的數(shù)字就是所求的輸出數(shù)字信號。CDAC(MSB)(LSB)(MSB)(LSB)CLKIvOvLv脈脈沖沖源源模模擬擬輸輸入入并并行行數(shù)數(shù)字字輸輸出出計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器輸輸出出寄寄存存器器GBv這種方案的明顯缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換時(shí)間太長。這種方案的明

31、顯缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換時(shí)間太長。計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：v電路簡單。電路簡單。v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。所加砝所加砝碼重量碼重量 結(jié)果結(jié)果 2. 逐次漸進(jìn)型逐次漸進(jìn)型第一次第一次8 克克砝碼總重砝碼總重 待測重量待測重量Wx ，8克砝碼保留克砝碼保留8 克克第二次第二次再加再加4克克砝碼總重砝碼總重 待測重量待測重量Wx ， 2克砝碼撤除克砝碼撤除12 克克第四次第四次再加再加1克克砝碼總重砝碼總重 待測重量待測重量Wx ， 1克砝碼保留克砝碼保留13 克克例如：所用砝碼重量：例如：所用砝碼重量：8 8克、克、4 4克

32、、克、2 2克和克和1 1克。設(shè)待秤重量克。設(shè)待秤重量Wx = 13克?？?。v轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理逐次逼近轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物重非常相似逐次逼近轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物重非常相似 。CDAC(MSB)(LSB)(MSB)(LSB)CLKIvOvLv逐次漸近寄存器控制邏輯脈沖源轉(zhuǎn)換控制信號轉(zhuǎn)換控制信號模模擬擬輸輸入入并并行行數(shù)數(shù)字字輸輸出出轉(zhuǎn)換開始前先將寄存器清零，所以加給轉(zhuǎn)換開始前先將寄存器清零，所以加給DAC的數(shù)字的數(shù)字量也全是量也全是0。CDAC(MSB)(LSB)(MSB)(LSB)CLKIvOvLv逐次漸近寄存器控制邏輯脈沖源轉(zhuǎn)換控制信號轉(zhuǎn)換控制信號模擬輸入模擬輸入并并行行數(shù)數(shù)字字輸輸出出轉(zhuǎn)換控制信號轉(zhuǎn)換控制信號vL變?yōu)楦唠娖綍r(shí)開始轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘信號變?yōu)楦唠娖?/p>