數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第七章

1、第七章第七章 D/A轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 一、模擬量、數(shù)字量以及二者的相互轉(zhuǎn)換一、模擬量、數(shù)字量以及二者的相互轉(zhuǎn)換第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 連續(xù)變化的物理量稱為連續(xù)變化的物理量稱為模擬量模擬量，模擬量是可以連續(xù)取，模擬量是可以連續(xù)取值的。有規(guī)律但不連續(xù)的變化量稱為值的。有規(guī)律但不連續(xù)的變化量稱為數(shù)字量數(shù)字量，也叫，也叫離散量離散量。數(shù)字量是不能連續(xù)取值的。數(shù)字量是不能連續(xù)取值的。 連續(xù)變化的連續(xù)變化的模擬量模擬量 電壓、電流或頻電壓、電流或頻率等電量率等電量 被控對(duì)

2、象被控對(duì)象傳傳感感器器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 處理后的數(shù)處理后的數(shù)字信息字信息 數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)電的模擬量電的模擬量 D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換執(zhí)執(zhí)行行機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)數(shù)字控制數(shù)字控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖二、二、D/A轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 要將數(shù)字量要將數(shù)字量D轉(zhuǎn)換為模擬量轉(zhuǎn)換為模擬量A，需要一個(gè)模擬參考量，需要一個(gè)模擬參考量R ，使得使得A = DR 若若 maxA=R 則則 0D1 即數(shù)字量即數(shù)字量D是一個(gè)不大于是一個(gè)不大于1的的n進(jìn)制數(shù)。自然，這里的進(jìn)制數(shù)。自然，這里的D是二進(jìn)制數(shù)：是二進(jìn)制數(shù)： D = a121 + a222 + + a

3、n2n , ai(0, 1) 實(shí)際中通常用一個(gè)參考電壓實(shí)際中通常用一個(gè)參考電壓UREF作模擬參考量。作模擬參考量。 )222(2002211DDDRDRAnnnnn第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 )222(202211nnnnaaaR DR A 注意，注意，A雖是模擬量，雖是模擬量，但并不能取任意值，而只但并不能取任意值，而只能根據(jù)輸入量能根據(jù)輸入量D得到某些特得到某些特定值。定值。ADOLSBD/A轉(zhuǎn)換特性轉(zhuǎn)換特性 三、三、 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 分辨力：分辨力：D/A轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能力。轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能力。 分辨率：分辨

4、率：通常指通常指D/A轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)。轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)。 滿量程滿量程：D/A轉(zhuǎn)換器可輸出模擬量的最大值。轉(zhuǎn)換器可輸出模擬量的最大值。 非線性誤差非線性誤差 ：在滿量程范圍內(nèi)偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最：在滿量程范圍內(nèi)偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值稱為非線性誤差。大值稱為非線性誤差。 第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 也就是最低有效位也就是最低有效位LSB所對(duì)所對(duì)應(yīng)的模擬量應(yīng)的模擬量 ，記作，記作RLSB 。 顯然位數(shù)越多，顯然位數(shù)越多，D/A轉(zhuǎn)換器所能輸出轉(zhuǎn)換器所能輸出的最小模擬量值也越小，因而分辨力與的最小模擬量值也越小，因而分辨力與分辨率是統(tǒng)一的。有時(shí)對(duì)二者不加區(qū)分。分

5、辨率是統(tǒng)一的。有時(shí)對(duì)二者不加區(qū)分。 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度：通常以滿量程相對(duì)誤差來說明通常以滿量程相對(duì)誤差來說明D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。的轉(zhuǎn)換精度。 建立時(shí)間建立時(shí)間：從輸入數(shù)字信號(hào)穩(wěn)定到輸出模擬信號(hào)穩(wěn)定從輸入數(shù)字信號(hào)穩(wěn)定到輸出模擬信號(hào)穩(wěn)定所需要的時(shí)間。所需要的時(shí)間。 (u)max為最大絕為最大絕對(duì)誤差。對(duì)誤差。 溫度系數(shù)溫度系數(shù)：在規(guī)定范圍內(nèi)，溫度變化在規(guī)定范圍內(nèi)，溫度變化1時(shí)，增益、時(shí)，增益、線性度、零點(diǎn)及偏移等參數(shù)的變化量分別稱為增益溫度系線性度、零點(diǎn)及偏移等參數(shù)的變化量分別稱為增益溫度系數(shù)、線性度溫度系數(shù)、零點(diǎn)溫度系數(shù)、偏移溫度系數(shù)。數(shù)、線性度溫度系數(shù)、零點(diǎn)溫度系數(shù)、偏移溫度系數(shù)。 L

6、SBmax2)(Uun 建立時(shí)間決定了建立時(shí)間決定了D/A轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)所能達(dá)到的最小重復(fù)周期。所能達(dá)到的最小重復(fù)周期。 三、三、 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 四、四、 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 A/D轉(zhuǎn)換的過程，是一個(gè)將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的過程，是一個(gè)將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的編碼過程。的編碼過程。 若模擬參考量為若模擬參考量為R，則輸出數(shù)字量，則輸出數(shù)字量D和輸入模擬量和輸入模擬量A之之間的關(guān)系為間的關(guān)系為 D A/R第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 D

7、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AR（UREF）A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換類轉(zhuǎn)換類似用天平似用天平測(cè)量質(zhì)量測(cè)量質(zhì)量質(zhì)量天平儀質(zhì)量天平儀mX質(zhì)量天平儀質(zhì)量天平儀mX質(zhì)量天平儀質(zhì)量天平儀mXmmin 數(shù)字?jǐn)?shù)字D永遠(yuǎn)不能精確地表永遠(yuǎn)不能精確地表示被測(cè)物體質(zhì)量示被測(cè)物體質(zhì)量mx，而只能以，而只能以一個(gè)最小砝碼一個(gè)最小砝碼mmin的精度去逼的精度去逼近。近。 mmin稱為量化單位。無論稱為量化單位。無論mmin多小，總不能是無窮小，多小，總不能是無窮小，由由mmin不能是無窮小而帶來的誤差稱為不能是無窮小而帶來的誤差稱為量化誤差量化誤差。 量化誤差是不能消除的量化誤差是不能消除的。但但A/D轉(zhuǎn)換得出的數(shù)字量可以轉(zhuǎn)換得出

8、的數(shù)字量可以提供較模擬量更多的有效數(shù)字，提供較模擬量更多的有效數(shù)字，使得數(shù)據(jù)處理的總體精度大大使得數(shù)據(jù)處理的總體精度大大提高。提高。第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 DAOLSB五、五、 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 分辨力分辨力：A/D轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能力。轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能力。 分辨率分辨率：A/D轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)。轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)。 量化誤差量化誤差：量化誤差通常是指量化誤差通常是指1個(gè)個(gè)LSB的輸出變化所的輸出變化所對(duì)應(yīng)模擬量的范圍。對(duì)應(yīng)模擬量的范圍。 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度：A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度不僅僅取決于量化轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度不

9、僅僅取決于量化誤差，而是由多種因素決定的。誤差，而是由多種因素決定的。 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度一轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度一般表示為般表示為nLSB。 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間：完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間。完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間。第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 五、五、 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率：每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。：每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。 轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間不一定是倒數(shù)關(guān)系。轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間不一定是倒數(shù)關(guān)系。 第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 兩次轉(zhuǎn)換過程允許有部分時(shí)間的重疊，兩次轉(zhuǎn)換過程允許有部分時(shí)間的重疊，因而轉(zhuǎn)速率大于轉(zhuǎn)換

10、時(shí)間的倒數(shù)，這稱作因而轉(zhuǎn)速率大于轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)，這稱作管線（管線（pipelining）工作方式。）工作方式。 例如：例如：一、權(quán)電阻型一、權(quán)電阻型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1REF112nnnRUDiUREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D012nR2REF222nnnRUDi22nR) 1 , 0( ,2210REFREF10iiniiinii DDRURUDiiRf)1 , 0( ,210REFffOiinii DDRUR iRuiR22RR第二節(jié)第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 右圖所示的

11、電路中，設(shè)右圖所示的電路中，設(shè)n=4, UREF =10V, R=100k, Rf=8k, 輸入二進(jìn)制數(shù)碼輸入二進(jìn)制數(shù)碼S3S2S1S0為為1011。試問運(yùn)算。試問運(yùn)算放大器輸出電壓是多少？放大器輸出電壓是多少？解：解：V8 . 8V)122(10010821330REFfOiiiDRURu 權(quán)電阻型權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器中的解碼網(wǎng)絡(luò)所用的阻值范圍很大轉(zhuǎn)換器中的解碼網(wǎng)絡(luò)所用的阻值范圍很大, 特別是當(dāng)分辨率較高時(shí)特別是當(dāng)分辨率較高時(shí), 電阻值的范圍會(huì)大得難以實(shí)現(xiàn)。電阻值的范圍會(huì)大得難以實(shí)現(xiàn)。 UREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2

12、Di D1 D0Rf12nR22nRiR22RR二、二、R-2R 網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)型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)換器虛地虛地2R2RR對(duì)地電對(duì)地電阻為阻為2R2RR對(duì)地電對(duì)地電阻為阻為2R2R2R2R2RRRRRfUREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D0IREFIREF / 2IREF / 2)1 , 0( ,2210REFiiniin DDIiiRIUREFREF)1 , 0( ,2210fREFfoiiniin DDRRUiRu 與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)相比，與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)相比，R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)中只有電阻網(wǎng)絡(luò)中

13、只有R、2R兩種阻值，從而克服了權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)阻值多、兩種阻值，從而克服了權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)阻值多、阻值差別大的缺點(diǎn)。阻值差別大的缺點(diǎn)。三、集成三、集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832第二節(jié)第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)三、集成三、集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832第二節(jié)第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器典型應(yīng)用典型應(yīng)用第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 一、一、A/D轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵部件比較器比較器 A/D轉(zhuǎn)換的過程就是用模擬量轉(zhuǎn)換的過程就是用模擬量A與參考量與參考量R比較的過程，因此，電比較的過程，因此，電壓比較器就成了壓比較器就成了A/D轉(zhuǎn)換器中重要轉(zhuǎn)換器中重要部件。部件。 比較器的

14、輸出為比較器的輸出為 REFXREFX01UuUuD +DuXUREFREFXUu 0REFXUu 1tf(t)O模擬信號(hào)模擬信號(hào)第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 二、取樣二、取樣保持電路保持電路 所謂取樣就是將一個(gè)時(shí)間上連所謂取樣就是將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的模擬量。的模擬量。 根據(jù)取樣定理，每經(jīng)過一定時(shí)根據(jù)取樣定理，每經(jīng)過一定時(shí)間間隔間間隔TS取出信號(hào)的一個(gè)值，只要取出信號(hào)的一個(gè)值，只要TS （fm為信號(hào)頻帶中的最高頻為信號(hào)頻帶中的最高頻率），這些取樣值就可以無損失地率），這些取樣值就可以無損失地表達(dá)原模擬信號(hào)。表達(dá)原模擬信號(hào)。m21ftf

15、 *(t)O76543211TS2TS取樣信號(hào)取樣信號(hào)3TS4TS5TS6TS7TS8TS第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 二、取樣二、取樣保持電路保持電路 由于對(duì)模擬量進(jìn)行量化的由于對(duì)模擬量進(jìn)行量化的過程需要一定的時(shí)間，所以為過程需要一定的時(shí)間，所以為保證轉(zhuǎn)換精度，在轉(zhuǎn)換（即量保證轉(zhuǎn)換精度，在轉(zhuǎn)換（即量化）時(shí)間內(nèi)應(yīng)使取樣點(diǎn)的函數(shù)化）時(shí)間內(nèi)應(yīng)使取樣點(diǎn)的函數(shù)值保持不變。值保持不變。 這種暫時(shí)保持由瞬時(shí)取樣這種暫時(shí)保持由瞬時(shí)取樣得到的模擬信號(hào)的電路，就是得到的模擬信號(hào)的電路，就是取樣取樣保持電路。右圖是一種保持電路。右圖是一種常用的取樣常用的取樣保持電路。保持電路。 uIS(t) +uOR2CTR

16、1S(t)S(t)S(t)S(t)uO= -uC+ -+ -10tWS(t)TS-tW 在取樣脈沖在取樣脈沖S（t）持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間tw內(nèi)內(nèi) ，T導(dǎo)通。輸入信號(hào)導(dǎo)通。輸入信號(hào)uI經(jīng)開經(jīng)開關(guān)關(guān)T對(duì)電容對(duì)電容C進(jìn)行充電。只要充進(jìn)行充電。只要充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于取樣信號(hào)電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于取樣信號(hào)S（t）的持續(xù)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間tw，則輸出信則輸出信號(hào)號(hào)uO就能跟蹤輸入信號(hào)就能跟蹤輸入信號(hào)uI的變的變化。化。 當(dāng)取樣脈沖結(jié)束，即在當(dāng)取樣脈沖結(jié)束，即在TS-tw時(shí)間內(nèi)，場效應(yīng)管時(shí)間內(nèi)，場效應(yīng)管T關(guān)斷，因而關(guān)斷，因而電容器上電壓電容器上電壓uC無泄放回路，無泄放回路，保持不變，則保持不變，則uO=-uC也保持不也

17、保持不變。變。 LSB第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 三、并行比較型三、并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 假定被轉(zhuǎn)換的模擬輸假定被轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓入電壓uI在在0UREF范圍內(nèi)范圍內(nèi)變化。取變化。取3位二進(jìn)制數(shù)代位二進(jìn)制數(shù)代表模擬輸入表模擬輸入uI的數(shù)字輸出。的數(shù)字輸出。 采用有舍有入的量采用有舍有入的量化方式，利用電阻分壓化方式，利用電阻分壓把標(biāo)準(zhǔn)電壓把標(biāo)準(zhǔn)電壓UREF分成分成8段段（量化階梯），位數(shù)越（量化階梯），位數(shù)越多，精度越高。多，精度越高。UR1= UREF141R2R2RRRRRRUR2= UREF143UR3= UREF145UR4= UREF147UR6= UREF1411U

18、R5= UREF149UR7= UREF1413UREFLSB/2二進(jìn)制數(shù)輸出二進(jìn)制數(shù)輸出 其中其中6段間隔為段間隔為(1/7)UREF，另外兩段間隔，另外兩段間隔（最初和最末）為（最初和最末）為(1/14)UREF。因此，輸入。因此，輸入模擬電壓從模擬電壓從0到到UREF整個(gè)整個(gè)范圍內(nèi)，它的最大量化誤范圍內(nèi)，它的最大量化誤差都是一樣的，即永遠(yuǎn)不差都是一樣的，即永遠(yuǎn)不會(huì)超過會(huì)超過(1/14) UREF。010011100101110111 001是在是在(1/7)UREF時(shí)的值。時(shí)的值。在在(1/14)UREF，(3/14)UREF之之間的值和間的值和(1/7)UREF最多相差最多相差(1/1

19、4)UREF ，因此，最大量，因此，最大量化誤差不會(huì)超過化誤差不會(huì)超過(1/14) UREF。000001R8R1參考電壓參考電壓模擬輸入電壓模擬輸入電壓uI UREF141 UREF143 UREF145 UREF147 UREF1411 UREF149 UREF1413R2R2RRRRRR分壓器組分壓器組UREFC1C7C6C5C4C3C2uI比較器組比較器組Q6Q4FF7Q7FF6FF5Q5FF4FF3Q3FF2Q2FF1Q1CP 由由7個(gè)個(gè)D觸發(fā)器組成觸發(fā)器組成的同步寄存的同步寄存器組。器組。D2D1D0編碼器編碼器例：當(dāng)例：當(dāng) ， 求輸出的數(shù)字量。求輸出的數(shù)字量。REFIREF145

20、143UuU0000011REFI143Uu REFI141Uu REFI145Uu 001010001010000100D1DIu2DIuIuIuIuIuIuIu0 1 0 1 1 0 0 0 0 03/14UREFuI I 5/14UREF 由于各個(gè)比較器的工作過程幾由于各個(gè)比較器的工作過程幾乎是同時(shí)的，所以并行比較型乎是同時(shí)的，所以并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率在所有轉(zhuǎn)換速率在所有A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換方案中是最高的方案中是最高的。 但需要使用大量的比較器。但需要使用大量的比較器。D/ACD/ACD/AC第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 四、串行比較型四、串行比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

21、串行比較型串行比較型A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器讓模擬信號(hào)依時(shí)間順序通過一連器讓模擬信號(hào)依時(shí)間順序通過一連串比較器，后面比較器的輸入信號(hào)反映了前面比較器的剩余。串比較器，后面比較器的輸入信號(hào)反映了前面比較器的剩余。 由于后一位的比較需要使用前一位的結(jié)果，所以這種方由于后一位的比較需要使用前一位的結(jié)果，所以這種方案的轉(zhuǎn)換速率不可能做得很高。但相同分辨率的案的轉(zhuǎn)換速率不可能做得很高。但相同分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，串行比較法較并行比較法少用了大量的比較器。串行比較法較并行比較法少用了大量的比較器。 UREFuIC3D3uX3UR3uY3D2uX2UR2uY2C2D1uX1UR1uY1C1D0 取并行比較型

22、速度快與串行取并行比較型速度快與串行比較型結(jié)構(gòu)簡單之優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成了比較型結(jié)構(gòu)簡單之優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成了折中方案折中方案并并-串比較型串比較型A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器換器。DAC第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 五、并五、并-串比較型串比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器UREFuI高位比較器列高位比較器列 首先在高位比較器首先在高位比較器列上實(shí)現(xiàn)高列上實(shí)現(xiàn)高a位位A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果一方面作為高轉(zhuǎn)換結(jié)果一方面作為高位輸出。位輸出。aa位高位比較位高位比較器器a 另一方面加到另一方面加到a位位D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器上將已轉(zhuǎn)換的高位數(shù)字換器上將已轉(zhuǎn)換的高位數(shù)字還原為模擬電壓，再與輸入還原為模擬電壓，再與輸入模擬電壓作減運(yùn)算，并將其

23、模擬電壓作減運(yùn)算，并將其差值放大至差值放大至2a倍。倍。UR12a放大放大UIIb位低位比較位低位比較器器b輸輸出出寄寄存存器器 放大器的輸出放大器的輸出UII由由低位比較器列轉(zhuǎn)換出低低位比較器列轉(zhuǎn)換出低b位數(shù)字，并與高位數(shù)字位數(shù)字，并與高位數(shù)字一同輸出。一同輸出。a+bFF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPuI(t)uOCOCOCO1 uI uO3位碼位碼D/AC電路電路補(bǔ)償電壓補(bǔ)償電壓=（1/2）LSB=0.5V第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 六、逐次比較型六、逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器10004V3.5V4.9V0 逐次比較型逐次比較型ADC工作

24、原理也可工作原理也可用天平測(cè)量質(zhì)量來用天平測(cè)量質(zhì)量來比照。比照。 模數(shù)為模數(shù)為5的環(huán)形計(jì)的環(huán)形計(jì)數(shù)器。數(shù)器。 例：例：uI(t)=4.9V10000G3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D03位碼位碼D/AC電路電路000FF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPuI(t)uOCOCOCO1 uI uO3位碼位碼D/AC電路電路補(bǔ)償電壓補(bǔ)償電壓=（1/2）LSB=0.5VG3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D04.9V6V5.5V0第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 六、逐次比較型六、逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 第二第二個(gè)

25、時(shí)鐘脈個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。沖到來時(shí)。0100010001101 第三第三個(gè)時(shí)鐘脈個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。沖到來時(shí)。001001010 第五第五個(gè)時(shí)鐘脈個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。沖到來時(shí)。000011015V4.5V G4、G5、G6門門開，開，Q3、Q2、Q1數(shù)數(shù)據(jù)傳出。據(jù)傳出。UREF -uIDn-1D1D0CPDQnQn-1Q1Q0uO1uO2CR2S1R1S2第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量時(shí)時(shí)間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方

26、法屬于間接轉(zhuǎn)換。01- +1有效有效0001000101100011010111110001UREF -uIDn-1D1D0CPDQnQn-1Q1Q0uO1uO2CR2S1R1S210001有效有效第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量時(shí)時(shí)間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。0- +100 正電壓正電壓UREF向電容向電容C充電，電容兩端電壓不能充電，電容兩端電壓不能突變，使得突變，使得uo1電壓逐步下電壓逐步

27、下降，但還是正值，降，但還是正值， uo2為負(fù)為負(fù)值。值。 非門輸出維持不變，非門輸出維持不變，還是高電平，使得還是高電平，使得CP信號(hào)信號(hào)繼續(xù)有效，繼續(xù)有效， 計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。數(shù)。010110001 當(dāng)輸出當(dāng)輸出D為為100時(shí)，時(shí)，uo1小于零，使得小于零，使得uo2信號(hào)翻轉(zhuǎn)信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平。為高電平。 此時(shí)非門輸出為此時(shí)非門輸出為0，關(guān)，關(guān)斷斷CP信號(hào)，寄存器輸出可信號(hào)，寄存器輸出可以作為數(shù)字量輸出。以作為數(shù)字量輸出。0無效無效(式式7.3.2)第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器在開始一定時(shí)間內(nèi)，積分器轉(zhuǎn)換

28、器在開始一定時(shí)間內(nèi)，積分器A1以輸以輸入電壓入電壓uI為被積函數(shù)進(jìn)行積分，然后以與輸入電壓為被積函數(shù)進(jìn)行積分，然后以與輸入電壓uI極性相極性相反的參考電壓為被積函數(shù)進(jìn)行積分，再對(duì)積分輸出電壓進(jìn)行反的參考電壓為被積函數(shù)進(jìn)行積分，再對(duì)積分輸出電壓進(jìn)行過零比較。過零比較。 UO2UO1斜率斜率1ICRuUO1t0t1T1（常數(shù)）斜率斜率1REFCRUt2T2D的正向電壓的正向電壓-0.75V-0.75V（ t0tt1，uI0 ） dt1I11OuCRU10 I11Odt1ttuCRU11I 0 I1|dt11TCRuuCRT式中：式中：T1= t1 - t0, t0 = 0, uI0。（t t =

29、= t t2 2） 21 REF11O1Odt1ttUCRUU2 0 REF11Odt1TUCRu021REF1OTCRUU21REF1OTCRUU(式式7.3.4)第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 =11ITCRu |21TCRUREF1I2TUuTREF|CIC22 TUuTTnREF|nUu2IREF|七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器U02U01斜率斜率1iCRuU01t0t1T1（常數(shù)）斜率斜率1REFCRut2T2D的正向電壓的正向電壓-0.75V-0.75V將式（將式（7.3.2）代入式（）代入式（7.3.4）得）得 ADC0809是是8位位CMOS逐次比較型逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，具轉(zhuǎn)換器，具有有8個(gè)輸入通道，可直接選通個(gè)輸入通道，可直接選通8路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 輸出設(shè)有三態(tài)輸出設(shè)有三態(tài)TTL鎖存緩沖器，便于和各種微處理鎖存緩沖器，便于和各種微處理機(jī)接口。機(jī)接口。 ADC0809的主要組成部分有的主要組成部分有8路模擬開關(guān)、地址譯路模擬開關(guān)、