數(shù)字電路課件 第8章

第8章:集成數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器§8-1集成數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）§8-2集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）§8-1集成數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）一、DAC的概念二、集成D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)三、DAC的主要技術(shù)指標四、DAC的選用五、典型集成DAC及其應用一、DAC的概念DAC:

把輸入的數(shù)字量變換成與之成一定比例的模擬量。D：n位數(shù)字量K：比例常數(shù)VREF：參考電壓VLSB：最小輸出電壓（D=1時的輸出電壓）二、集成D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)1、權(quán)電阻網(wǎng)絡DAC特點：電阻取值太多，不利于集成。2、T型電阻網(wǎng)絡DAC電流相加型特點：流過開關(guān)的電流變化較大，開關(guān)的內(nèi)阻影響ADC精度。3、倒T型電阻網(wǎng)絡DAC特點：開關(guān)的接觸電阻影響轉(zhuǎn)換精度。4、電流激勵型DAC特點：用恒流源IREF,開關(guān)用差分放大器，速度高。三、DAC的主要技術(shù)指標VLSB：最小輸出電壓，輸入D只有最低位為1時的輸出電壓。VFSR：滿量程輸出電壓，輸入D的各位都為1時的輸出電壓。2、轉(zhuǎn)換誤差

DAC轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的原因有許多，包括參考電壓的偏差、運放的零點漂移、電阻網(wǎng)絡阻值的偏差、電子開關(guān)有壓降等。①、絕對誤差實際值和理想值之間的最大差值。通常用VLSB或LSB表示。如：1/2VLSB等。②、相對誤差絕對誤差和滿量程的比值。通常用滿量程FSR的百分數(shù)表示。如：0.1%FSR。轉(zhuǎn)換速度是指從輸入數(shù)字信號變化，到輸出電流或電壓達到穩(wěn)態(tài)值所需要的時間，也稱作輸出建立時間。低速：建立時間≧300μs,

工作速度≦3.3KHz中速：建立時間10～300μs,

工作速度100～3.3kHz高速：建立時間0.01～10μs,

工作速度100MHz～100kHz3、轉(zhuǎn)換速度4、幾種

集成DAC芯片的參數(shù)四、DAC的選用集成DAC芯片的品種很多，在選用時，首先要考慮的是轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度等參數(shù)，一般來說，精度高、速度快的芯片價格高，對與其配套的元器件要求、印制電路板要求也高。因此，應選擇適合設(shè)計要求的芯片。DAC選用時的考慮因素①、輸入數(shù)字量的特征；②、輸出特性；③、參考電源的特征；④、動態(tài)特性；⑤、電源特性；⑥、工作環(huán)境要求；⑦、數(shù)字接口特性等。五、典型集成DAC及其應用1、DAC0832原理框圖

2、DAC0832內(nèi)的倒T形網(wǎng)絡3、雙緩沖工作方式和時序4、單緩沖工作方式5、直通工作方式6、雙極性電壓輸出電路6、雙極性電壓輸出電路（續(xù)）§8-2集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）一、A/D轉(zhuǎn)換的步驟二、集成A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)三、ADC的主要技術(shù)指標四、ADC的選用五、典型集成ADC及其應用ADC：把模擬信號轉(zhuǎn)換為一定格式的數(shù)字量。一、A/D轉(zhuǎn)換的步驟1、采樣和保持采樣：以一定的周期讀取輸入信號，在時間上把信號離散化，采樣頻率fs≥2fAmax，其中fAmax為信號的最大頻率分量。保持：使讀取的信號在周期內(nèi)不變，A/D轉(zhuǎn)換時，輸入信號保持不變。采樣保持前后的信號變化集成采樣保持器（S-H）LF398電路原理圖2、量化和編碼量化：把取樣電平歸一化到最接近的離散電平上， 在取值上離散化。量化誤差：四舍五入、±1/2VLSB；去零求整、VLSB。編碼：用二進制碼表示離散電平。二、集成A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)1、并行型A/D轉(zhuǎn)換器特點：

轉(zhuǎn)換速度快（100MHz以上），器件量過大，精度不高。并行ADC輸入輸出關(guān)系表2、串/并行型A/D轉(zhuǎn)換器特點：兼顧轉(zhuǎn)換速度和器件量。3、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器特點：轉(zhuǎn)換速度中速（幾十K到幾百KHz）， 成本較低。12位二進制ADC電壓3255量化單位的比較過程（CB7）16=32554、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器1、抗干擾能力強。2、電路結(jié)構(gòu)簡單。3、編碼方便。4、轉(zhuǎn)換速度低。1、開始時，計數(shù)器為零，電容C上電壓為零。2、第一階段：S1接通，S2斷開，積分器對VA積分，G為高，門開，計數(shù)器計數(shù)，直到計滿，計數(shù)器重新回零。3、第二階段：S2接通，S1斷開，積分器對-VREF積分，G為高，門開，計數(shù)器計數(shù)，直到G低，門關(guān)，計數(shù)器停止計數(shù)。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器工作原理例：雙積分型ADC雙積分型ADC中計數(shù)器是十進制的，其最大容量為N1=(2000)10，時鐘頻率fCP=10kHz，參考電壓VREF=-6V，試求：①完成一次轉(zhuǎn)換的最長時間Tmax；②當輸出N2=(369)10時，對應的輸入電壓VA的大小。三、ADC的主要技術(shù)指標二、轉(zhuǎn)換誤差：絕對誤差：定義為輸出數(shù)字量對應的理論模擬值與實際輸入模擬值之間的差值（±1/2LSB,±1LSB)。相對誤差：定義為上述差值與額定最大輸入模擬值的百分數(shù)（±0.05%，±0.1%)。三、轉(zhuǎn)換時間：ADC完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間。幾種集成ADC參數(shù)四、ADC的選擇在選用ADC時，首先考慮的是分辨率、線性度、相對精度以及轉(zhuǎn)換時間等參數(shù)，另外考慮：①輸入模擬信號的性質(zhì)；②輸出數(shù)字量的特性；③參考電源的特征；④供電電源特性；⑤工作環(huán)境要求；⑥接口特性；⑦體積、成本等非邏輯因素。五、典型集成ADC及其應用1、ADC0809簡介ADC0809時序圖2、MC14433及其應用VDD、VEE、VSS：正電源、負電源和地；VREF、VAG：基準電源正和模擬地；VI：模擬輸入；R1、R1/C1、C1：外接積分電阻、積分電容；C01、C02：外接自動調(diào)零電容；LI、CLO：時鐘輸入、輸出端，外接振蕩電阻即可產(chǎn)生時鐘信號。2、MC14433及其應用（續(xù)）DL：實時控制端，輸入正脈沖，則輸出本次D轉(zhuǎn)換結(jié)果；EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標志輸出；/OR：超量程信號輸出端；DS4～DS1：位選通信號，表示當前輸出是個、十、百、千位；Q3～Q0：數(shù)據(jù)輸出，分時輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的個、十、百、千位數(shù)值的BCD碼（千位的輸出特殊）。M