數(shù)模轉(zhuǎn)換講解[行業(yè)知識]

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：本章的重點： 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)系的定量計算；入與輸出關(guān)系的定量計算； 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

2、電路，所以講授 的重點是在轉(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：本章的難點： 本章的難點在一些本章的難點在一些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。過程上，但這不是本章學(xué)習(xí)的重點。 1向陽課件 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

3、量(Analog)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量轉(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 計算機計算機 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 驅(qū)動電路驅(qū)動電路 2向陽課件 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

4、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 計數(shù)型計數(shù)型 逐次漸進型逐次漸進型 分類：分類： 3向陽課件 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。 o iR Fo )( 0123 IIIIRF ) 2222 ( 2 3 0 2

5、 1 1 2 0 3 dddd R VR REF )2222( 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 dddd VREF )2222( 2 0 0 1 1 2 2 1 1 dddd V n n n n n REF o 2.特點：特點： 1.電阻數(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 Bit Most Significant Bit 輸入數(shù)輸入數(shù) 字量字量 D V n REF 2 輸入數(shù)輸入數(shù) 字量字量 4向陽課件 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

6、阻網(wǎng)絡(luò)特點：電阻網(wǎng)絡(luò)特點： 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)點向左看的任意節(jié)點向左看的 等效電阻皆為等效電阻皆為R。 R V I REF Ri o 公式推導(dǎo)公式推導(dǎo) 0123 16842 d I d I d I d I i 5向陽課件 Ri o )2222( 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 dddd VREF )2222( 2 0 0 1 1 2 2 1 1 dddd V n n n n n REF o R V I REF 0123 16842 d I d I d I d I i 倒倒T型型 ) 16842 ( 0123 dddd

7、R V R REF 6向陽課件 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：電路特點： 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，各點電位不變。因此，速度快。開關(guān)切換時，各點電位不變。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 運放運放 模擬開關(guān)電路：模擬開關(guān)電路： 7向陽課件 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)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/

8、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 FO Ri )( 0 2 1 2 2 2 32 432 ddddR IIII F )2222( 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 dddd IR F 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)的分流作用來實現(xiàn)。型電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用來實現(xiàn)。 8向陽課件 )2222( 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 dddd R VR R REFF )2222( 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 dddd IR F O 9向陽課件 雙極型電路

9、；雙極型電路；8位數(shù)字量輸入；位數(shù)字量輸入； 外接求和放大器；外接求和放大器； 外接電阻。外接電阻。 )2222( 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 dddd R VR R REFF O D R VR R REFF O 8 2 若取若取VREF=10V、RR=RF=5K 則：則： D O 8 2 10 輸入數(shù)輸入數(shù) 字量字量 此時，輸出模擬電壓范圍為：此時，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 參考四位時的公式：參考四位時的公式： 有：有： 10向陽課件 帶符號數(shù)以補碼形式給出。輸出為正、負(fù)極性的模擬電壓。帶符號數(shù)以補碼形

10、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，當(dāng)輸入數(shù)字量是帶符號數(shù)時， 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，對應(yīng)輸出電壓為時，對應(yīng)輸出電壓為4V。 IB應(yīng)等于應(yīng)等于I/2 因此：因此： R VI R V REF B B 22 DDD V REF O 8 8 2 3 三位三位DAC 的輸出的輸出 取反取反 11向陽課件 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。

11、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個輸入數(shù)字量。個輸入數(shù)字量。 表示方法：表示方法： (1)用輸入二進制數(shù)的位數(shù)表示；如用輸入二進制數(shù)的位數(shù)表示；如8位。位。 (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： 12 1 n n REF V 2 ) 12( 2 n n REF V 12向陽課件 由于電路各部分都有誤差，還要給出誤差來表示實際能達到由于電路各部分都有誤差，還要給出誤差來表示實際能達到 的轉(zhuǎn)換精度。的轉(zhuǎn)換精度。 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差有時也稱為有時也稱為線線 性誤差性誤差

12、。它表示實際的。它表示實際的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： 13向陽課件 3.轉(zhuǎn)換誤差分析轉(zhuǎn)換誤差分析 D/A轉(zhuǎn)換器的四個組成部分，均可引起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的四個組成部分，均可引起轉(zhuǎn) 換誤差。但具有不同的特點。換誤差。但具有不同的特點。 (1)參考電源引起的誤差稱為參考電源引起的誤差稱為比

13、例系數(shù)誤差比例系數(shù)誤差。 O D V n REF 2 O (2)運放零點漂移引起的誤差稱為運放零點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。 14向陽課件 (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為非線性誤差非線性誤差。 非線性誤差有時導(dǎo)致非線性誤差有時導(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：運放和參考：運放和參考 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。 15向

14、陽課件 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，計算，計算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.計算計算1/2LSB: 當(dāng)輸入數(shù)字量當(dāng)輸入數(shù)字量D=1時，輸出電壓為時，輸出電壓為LSB。故：。故： 2.計算當(dāng)計算當(dāng)VREF變化量為變化量為 時所引起的輸出變化時所引起的輸出變化 量的最大量的最大 值值 : REF V OM REF n n REF OM V V ) 12( 2 而：而： 即：即： 11 2 REF REF V V 11 2 1

15、 REF REF V V =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5mV 1/2LSB = 2 1 2 10 REF V 2 1 2 10 REF V 11 2 REF V 輸入數(shù)字量的最大值輸入數(shù)字量的最大值 LSB OM 2 1 16向陽課件 （二）轉(zhuǎn)換速度（二）轉(zhuǎn)換速度 用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間建建 立時間立時間tset來衡量。來衡量。 建立時間：從輸入信號變化開始建立時間：從輸入信號變化開始 到輸出電壓進入與穩(wěn)態(tài)值相差到輸出電壓進入與穩(wěn)態(tài)值相差 1/2LSB范圍以內(nèi)的時間。范圍以內(nèi)的時間。 輸入信號由全輸入信號

16、由全0變?yōu)槿優(yōu)槿?所需時間所需時間 最長。最長。 不包含運放的不包含運放的DAC建立時間可達建立時間可達 0.1 。s 當(dāng)外接運放時，轉(zhuǎn)換時間還應(yīng)加當(dāng)外接運放時，轉(zhuǎn)換時間還應(yīng)加 上運放的上升（下降）時間。上運放的上升（下降）時間。 R sTR S V tT (max)0 (max) 轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間 建立時間建立時間 輸出模擬電輸出模擬電 壓最大值壓最大值 運放輸出轉(zhuǎn)運放輸出轉(zhuǎn) 換速率換速率 17向陽課件 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，由于輸入轉(zhuǎn)換器中，由于輸入 模擬信號在時間上是連續(xù)的，模擬信號在時間上是連續(xù)的， 而輸出數(shù)

17、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 18向陽課件 1.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，必須滿 足足 取樣信號頻率取樣信號頻

18、率 在實際的取樣保持電路中有一個取樣控制信號，它的頻率就是取樣在實際的取樣保持電路中有一個取樣控制信號，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) 2 is ff 輸入信號輸入信號 最高頻率最高頻率 19向陽課件 為低電平時，為低電平時，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。 O L 取樣保持電路取樣保持電路 取樣電路輸出信號取樣電路

19、輸出信號 的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) 2 is iis ff fff s f (max)is f f I F IO R R L 為高電平時，場效應(yīng)管為高電平時，場效應(yīng)管T導(dǎo)通導(dǎo)通,進進 行取樣行取樣 L 電路缺點：輸入電阻電路缺點：輸入電阻RI過大過大 會降低取樣速度；過小又加重會降低取樣速度；過小又加重 信號源負(fù)載。信號源負(fù)載。 改進方法：在輸入端加隔離放大器。改進方法：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介紹改進的取樣保持電路。介紹改進的取樣保持電路。 此時無

20、法用濾波此時無法用濾波 器恢復(fù)輸入波形器恢復(fù)輸入波形 20向陽課件 集成取樣保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，運放通，運放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)成保護電路。構(gòu)成保護電路。 在取樣階段，在取樣階段，S接通，接通，D1,D2截止，保護電路不起作用。截止，保護電

21、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 達達 到正（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。接上保護電承受過高的電壓。接上保護電 路后可使路后可使 基本等于輸入電壓基本等于輸入電壓 。 I o O I o 21向陽課件 2.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時對應(yīng)的輸入模擬電壓稱為時對應(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，對應(yīng)的輸入模擬電壓應(yīng)為時，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

22、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： 用二進制代碼表示量化后的輸入模擬電壓。用二進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電路中完成的。下圖說明了兩種量量化和編碼是在同一個電路中完成的。下圖說明了兩種量 化方法：化方法： 22向陽課件 當(dāng)輸入電壓不為當(dāng)輸入電壓不為 的整數(shù)倍時，必然產(chǎn)的整數(shù)倍時，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會更準(zhǔn)確會更準(zhǔn)確 23向陽課件 輸入為雙極性時：輸

23、入為雙極性時： 輸出一般采用二進制補碼表示?？捎孟聢D表示：輸出一般采用二進制補碼表示?？捎孟聢D表示： =1V 二二 進進 制制 補補 碼碼 符號位符號位 量化后輸出的二進制補碼量化后輸出的二進制補碼 24向陽課件 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， 15 2 REF V 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

24、入端，然 后加一個后加一個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：特點： 速度快，轉(zhuǎn)換時間小于速度快，轉(zhuǎn)換時間小于50ns； 電路復(fù)雜。電路復(fù)雜。 不需取樣保持電路；不需取樣保持電路； 25向陽課件 d2 = Q4 d1= Q6 + Q4Q2 d0 = 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。 26向陽課件 2.反饋比較型反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 (1)計數(shù)型計數(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

25、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，此時對應(yīng)的數(shù)字量就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。 數(shù)字量由計數(shù)數(shù)字量由計數(shù) 器提供。器提供。 啟動轉(zhuǎn)換啟動轉(zhuǎn)換 B 1 0 OI 0 I = 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：特點： 1.電路簡單；電路簡單； 2.速度慢。最長轉(zhuǎn)換時間可達速度慢。最長轉(zhuǎn)換時間可達2n-1倍時鐘信號周期。倍時鐘信號周期。 27向陽課件 (2)逐次漸近型逐次

26、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

27、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個時鐘周期就可完成。（實際轉(zhuǎn)個時鐘周期就可完成。（實際轉(zhuǎn) 換器還要增加兩個時鐘周期時間。）換器還要增加兩個時鐘周期時間。） 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 28向陽課件 時，該時，該 位為位為1,否否 則該位則該位 為為0. O I 27頁29向陽課件 移位寄存器初始狀態(tài)：移位寄存器初始狀態(tài)： Q1Q2Q3Q4Q5=10000 I B O 時，時，1 CP1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;

28、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。 同時輸出同時輸出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，需位時，需n+2個時鐘周期可完成轉(zhuǎn)換。個時鐘周期可完成轉(zhuǎn)換。 特點：特點： 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

29、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 30向陽課件 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 中間變量為時間中間變量為時間T的，稱為的，稱為V-T變換型（電壓時間變換型）；變換型（電壓時間變換型）； 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:對輸入模擬電壓對輸入模擬電壓定定 時時積分，時間為積分，時間為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

30、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。 O Idt C C 1 dt CR I 電容電容C上電壓上電壓 31向陽課件 t1時刻電容電壓時刻電容電壓 即即 值為：值為： c o o dt CR I I RC T 1 第二次積分結(jié)束時積分器輸出第二次積分結(jié)束時積分器輸出 電壓為電壓為0，即，即 0 1 2 1 I t t RC V o RC T dt REF IREF RC T V RC T 12 故：故： I REF V T T 1 2 32向陽課件 I REF V T T 1 2 設(shè)時鐘周期為設(shè)時鐘周期為TC，輸出數(shù)字量為，輸出數(shù)字量為D，則，則 C n T

31、T2 1 C DTT 2 代入上式得：代入上式得： I REF n V D 2 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 33向陽課件 影響精度因素：影響精度因素： 計數(shù)器位數(shù)；計數(shù)器位數(shù)；比較器靈敏度；比較器靈敏度； 比較器零點漂移；比較器零點漂移； 運放零點漂移；運放零點漂移； 積分電容漏電；積分電容漏電；TC瞬間波動。瞬間波動。34 向陽課件 特點：特點： 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)；也與時鐘周期無關(guān)。這是無關(guān)；也與時鐘周期無關(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。積分器對平均值為抗干擾能力強。積分器對平均值為0的干擾有很強的抑制能的干擾有很強的抑制能 力。如電網(wǎng)干擾，若取第一次積分時間為交流電網(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。 缺點是速度慢。完成一次轉(zhuǎn)換時間不小于缺點是速度慢。完成一次轉(zhuǎn)換時間不小于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。 35向陽