第8章-數(shù)／模(D／A)和模／數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換電路課件

第8章數(shù)/模(D/A)和模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路8.1D/A轉(zhuǎn)換器

8.2A/D轉(zhuǎn)換器

8.3典型集成D/A和A/D轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介

第8章數(shù)/模(D/A)和模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路8.1D18.1D/A轉(zhuǎn)換器8.1.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器

8.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器

8.1.3權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器

8.1.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

8.1D/A轉(zhuǎn)換器8.1.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器

828.1.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器圖8-14位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器工作原理8.1.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器圖8-14位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)38.1.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器圖8-2雙級(jí)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器8.1.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器圖8-2雙級(jí)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)48.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器圖8-3倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理8.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器圖8-3倒T形電阻58.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器圖8-4倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)支路電流的等效電路8.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器圖8-4倒T形電阻6【例8-1】已知倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的RF=R，VREF=8V，試分別求出4位和8位D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓vO(min)和最大輸出電壓vO(max)的數(shù)值。解：(1)最小輸出電壓vO(min)是指在D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字量中只有最低有效位為1(d0=1)時(shí)的輸出電壓。

【例8-1】已知倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的RF=R，VR7(2)最大輸出電壓vO(max)是指在D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字量中各有效位均為1(di=1)時(shí)的輸出電壓。(2)最大輸出電壓vO(max)是指在D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)字8圖8-5權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器8.1.3權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器圖8-5權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器8.1.3權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換9圖8-6權(quán)電流型D/A

轉(zhuǎn)換器中的恒流源圖8-6權(quán)電流型D/A

轉(zhuǎn)換器中的恒流源10圖8-7倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器圖8-7倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器11（8-6）（8-7）（8-8）（8-9）（8-10）（8-6）128.1.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率

2.轉(zhuǎn)換精度

3.線性度

4.轉(zhuǎn)換速度8.1.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率

2.轉(zhuǎn)換精131.分辨率分辨率是分辨最小電壓的能力，用最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值表示。1.分辨率分辨率是分辨最小電壓的能力，用最小輸出電壓與最大輸142.轉(zhuǎn)換精度/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是指實(shí)際的輸出模擬電壓與理論值之間的差值，常以百分?jǐn)?shù)來表示。這個(gè)轉(zhuǎn)換誤差是一個(gè)綜合性誤差。它包括比例系數(shù)誤差、元件精度和漂移誤差及非線性誤差等。例如，某D/A轉(zhuǎn)換器的輸出模擬電壓滿刻度值為10V，精度為±0.2%，其輸出電壓的最大誤差為0.2%×10V=20mV。2.轉(zhuǎn)換精度/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是指實(shí)際的輸出模擬電壓與理論153.線性度圖8-8D/A轉(zhuǎn)換器的線性誤差3.線性度圖8-8D/A轉(zhuǎn)換器的線性誤差164.轉(zhuǎn)換速度4.轉(zhuǎn)換速度178.2A/D轉(zhuǎn)換器8.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理

8.2.2并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器

8.2.3反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器

8.2.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器

8.2.5V-F變換型A/D轉(zhuǎn)換器

8.2.6A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

8.2A/D轉(zhuǎn)換器8.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理

8.188.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理1.取樣與保持

2.量化與編碼8.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理1.取樣與保持

2.量化與191.取樣與保持(1)取樣定理

(2)取樣—保持電路

(3)集成取樣—保持電路(LF198)1.取樣與保持(1)取樣定理

(2)取樣—保持電路

(3)集201.取樣與保持圖8-10取樣—保持原理電路與取樣波形

a)原理電路b)理想取樣波形1.取樣與保持圖8-10取樣—保持原理電路與取樣波形

a)21(1)取樣定理圖8-11信號(hào)的取樣與還原

a)對(duì)輸入模擬信號(hào)的取樣b)還原取樣信號(hào)所用濾波器的頻率特性(1)取樣定理圖8-11信號(hào)的取樣與還原

a)對(duì)輸入模擬信22(2)取樣—保持電路解決這個(gè)矛盾的一種方法是在電路的輸入端增加一級(jí)隔離放大器，圖8-12c所示電路是在圖8-12a電路基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)。由于跟隨器A1輸入阻抗很高，所以減少了取樣電路對(duì)輸入信號(hào)的影響，同時(shí)其較低的輸出阻抗低減少了電容C的充電時(shí)間。(2)取樣—保持電路解決這個(gè)矛盾的一種方法是在電路的輸入端增23(2)取樣—保持電路圖8-12三種常用的取樣—保持電路(2)取樣—保持電路圖8-12三種常用的取樣—保持電路24(3)集成取樣—保持電路(LF198)圖8-13LF198單片集成取樣—保持電路的電路結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)

a)電路結(jié)構(gòu)b)圖形符號(hào)(3)集成取樣—保持電路(LF198)圖8-13LF198252.量化與編碼圖8-143位標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制A/D轉(zhuǎn)換的輸出電壓特性

a)只舍不入量化法b)有舍有入量化法2.量化與編碼圖8-143位標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制A/D轉(zhuǎn)換的輸出電壓268.2.2并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器圖8-15并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖8.2.2并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器圖8-15并聯(lián)比較型A/278.2.3反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器1.計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器

2.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器8.2.3反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器1.計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器

2281.計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器圖8-16計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖1.計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器圖8-16計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器的原理框292.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器1)轉(zhuǎn)換速度較高，其速度主要由數(shù)字量的位數(shù)和控制電路決定。

2)在轉(zhuǎn)換位數(shù)較多時(shí)，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路規(guī)模要比并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器小得多，因此，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器是目前集成A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品中常用的一種電路。

3)比較器的靈敏度和D/A轉(zhuǎn)換器的精度將影響轉(zhuǎn)換精度。

4)轉(zhuǎn)換的抗干擾性比較差。2.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器1)轉(zhuǎn)換速度較高，其速度主要由數(shù)字302.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器圖8-17逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖2.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器圖8-17逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器31圖8-188位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的工作波形圖8-188位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的工作波形328.2.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器圖8-19雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖8.2.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器圖8-19雙積分型A/D轉(zhuǎn)338.2.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器1)當(dāng)開關(guān)S1接輸入電壓vI時(shí)，積分器對(duì)vI進(jìn)行固定時(shí)間T1的積分。

2)當(dāng)開關(guān)S1接參考電壓-VREF時(shí)，積分器開始進(jìn)行反方向積分。

1)具有很強(qiáng)的抑制交流干擾信號(hào)的能力。

2)工作性能穩(wěn)定。

3)工作速度低。

4)由于對(duì)vI的平均值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以這種A/D轉(zhuǎn)換器更適用于對(duì)直流或變化緩慢的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

(2)當(dāng)計(jì)數(shù)值N2=(369）10時(shí)，由式(8-16)可得8.2.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器1)當(dāng)開關(guān)S1接輸入電壓vI348.2.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器圖8-20雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作波形8.2.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器圖8-20雙積分型A/D轉(zhuǎn)35（8-12）（8-13）（8-14）（8-15）（8-16）(8-17)（8-12）36【例8-3】雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器中計(jì)數(shù)器是十進(jìn)制的，其最大容量N1=(2000)10，時(shí)鐘頻率fc=10kHz，VREF=6V,試求：(1)完成一次轉(zhuǎn)換的最長(zhǎng)時(shí)間；(2)已知計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值N2=(369)10時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入模擬電壓vI的數(shù)值。解：(1)該A/D轉(zhuǎn)換器的最長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)間為【例8-3】雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器中計(jì)數(shù)器是十進(jìn)制的，其最大378.2.5V-F變換型A/D轉(zhuǎn)換器1.積分型電荷平衡式V-F變換器

2.定時(shí)型電荷平衡式V-F變換器8.2.5V-F變換型A/D轉(zhuǎn)換器1.積分型電荷平衡式V-381.積分型電荷平衡式V-F變換器

圖8-21V-F變換型A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖1.積分型電荷平衡式V-F變換器

圖8-21V-F變換型A391.積分型電荷平衡式V-F變換器圖8-22積分器型電荷平衡式V-F變換器的原理框圖1.積分型電荷平衡式V-F變換器圖8-22積分器型電荷平衡40圖8-23AD650的電路結(jié)構(gòu)框圖圖8-23AD650的電路結(jié)構(gòu)框圖41【例8-4】在圖8-23所示用AD650接成的V-F變換器電路中，給定Riut=22kΩ，Cint=1000pF，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)電容COS=470pF，V+=+15V，V-=-15V。試計(jì)算輸入電壓從0~10V時(shí)輸出脈沖頻率的變化范圍。解：(1)用式(8-19)計(jì)算單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖的寬度，得到

(2)利用式(8-18)即可求得輸出脈沖的頻率為【例8-4】在圖8-23所示用AD650接成的V-F變換器422.定時(shí)型電荷平衡式V-F變換器圖8-24

LM331的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖以LM331為例介紹定時(shí)器型電荷平衡式V-F變換器的基本原理。圖8-24是LM331的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖。電路由兩部分組成，一部分是用鎖存器、電壓比較器(C1、C2)和放電管VT3構(gòu)成的定時(shí)電路；另一部分是用基準(zhǔn)電壓源、電壓跟隨器A和鏡像電流源構(gòu)成的電流源及開關(guān)控制電路。2.定時(shí)型電荷平衡式V-F變換器圖8-24LM331的電路432.定時(shí)型電荷平衡式V-F變換器圖8-24LM331的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖2.定時(shí)型電荷平衡式V-F變換器圖8-24LM331的電路44【例8-5】在圖8-24所示的電路中，已知RT=10kΩ，CT=0.01μF，RL=47kΩ，RS=10kΩ，VCC=15V，V′CC=5V。試計(jì)算當(dāng)輸入控制電壓在0～5V范圍內(nèi)變化時(shí)輸出脈沖頻率的變化范圍。解：由式(8-22)求出電壓-頻率變化系數(shù)為故vI在0～5V范圍變化時(shí)輸出脈沖頻率的變化范圍為0～5.1kHz。【例8-5】在圖8-24所示的電路中，已知RT=10kΩ，458.2.6A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.絕對(duì)精度

2.相對(duì)精度

3.轉(zhuǎn)換時(shí)間和速率

4.電源靈敏度8.2.6A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.絕對(duì)精度

2.相對(duì)461.絕對(duì)精度圖8-25三種絕對(duì)精度示意圖

a)精度=0LSBb)精度=±LSBc)精度=±LSB1.絕對(duì)精度圖8-25三種絕對(duì)精度示意圖

a)精度=0LS472.相對(duì)精度在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，任一數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬量輸入實(shí)際值與理論值之間的差。2.相對(duì)精度在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，任一數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬量輸入實(shí)483.轉(zhuǎn)換時(shí)間和速率完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率為轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。例如，轉(zhuǎn)換時(shí)間為200ns，轉(zhuǎn)換速率為5MHz。3.轉(zhuǎn)換時(shí)間和速率完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率為轉(zhuǎn)494.電源靈敏度A/D轉(zhuǎn)換器的供電電源的電壓發(fā)生變化時(shí)，相當(dāng)于引入一個(gè)模擬量輸入的變化，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差。A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)電源變化的靈敏度一般用電源電壓變化1％時(shí)相應(yīng)的模擬量變化的百分?jǐn)?shù)來表示，其單位為%/V。4.電源靈敏度A/D轉(zhuǎn)換器的供電電源的電壓發(fā)生變化時(shí)，相當(dāng)于508.3典型集成D/A和A/D轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介8.3.1典型集成D/A轉(zhuǎn)換器

8.3.2典型集成A/D轉(zhuǎn)換器8.3典型集成D/A和A/D轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介8.3.1典型集成518.3.1典型集成D/A轉(zhuǎn)換器1.8位D/A芯片(DAC0808)2.8位D/A芯片(DAC0832)8.3.1典型集成D/A轉(zhuǎn)換器1.8位D/A芯片(DAC0521.8位D/A芯片(DAC0808)圖8-26DAC0808的電路結(jié)構(gòu)框圖1.8位D/A芯片(DAC0808)圖8-26DAC08053圖8-27DAC0808的典型應(yīng)用圖8-27DAC0808的典型應(yīng)用542.8位D/A芯片(DAC0832)(1)DAC0832結(jié)構(gòu)

(2)DAC0832工作方式

(3)電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出2.8位D/A芯片(DAC0832)(1)DAC0832結(jié)構(gòu)55(1)DAC0832結(jié)構(gòu)圖8-28DAC0832的結(jié)構(gòu)框圖和引腳排列(1)DAC0832結(jié)構(gòu)圖8-28DAC0832的結(jié)構(gòu)框圖56表8-1DAC0832引腳功能表8-1DAC0832引腳功能57(2)DAC0832工作方式1)單緩沖方式：此方式適用于只有一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出的情形，方法是控制輸入鎖存器和DAC寄存器同時(shí)接收數(shù)據(jù)，或者只用輸入鎖存器而把DAC寄存器接成直通方式。

2)雙緩沖方式：此方式適用于多個(gè)DAC0832同步輸出的情形，方法是先分別使這些DAC0832的輸入鎖存器接收數(shù)據(jù)，在控制這些DAC0832同時(shí)傳遞數(shù)據(jù)到DAC寄存器以實(shí)現(xiàn)多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換同步輸出。

3)直通方式：此方式適用于連續(xù)反饋控制電路中，方法是使所有控制信號(hào)(CS′，WR1′，WR2′，ILE，XFER′)均有效。(2)DAC0832工作方式1)單緩