第九章數(shù)—模和模—數(shù)轉(zhuǎn)換PPT課件

1、第九章第九章 數(shù)數(shù)模和模模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換9.1 概概 述述模擬電路：模擬電路：處理連續(xù)變化信號(hào)的電路處理連續(xù)變化信號(hào)的電路數(shù)字電路：數(shù)字電路：處理數(shù)字信號(hào)的電路處理數(shù)字信號(hào)的電路模數(shù)轉(zhuǎn)換（模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）：轉(zhuǎn)換）：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)數(shù)模轉(zhuǎn)換（數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)換）：轉(zhuǎn)換）：將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換舉例：模數(shù)轉(zhuǎn)換舉例：模擬模擬信號(hào)信號(hào)數(shù)字顯數(shù)字顯示電路示電路數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)信號(hào)模數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表控制器控制器 開開/關(guān)關(guān)播放播放/暫停暫?？爝M(jìn)快進(jìn)/快退快退 數(shù)模數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)處理電路處理電路 激光頭激

2、光頭放大器放大器放大器放大器放大器放大器CD播放器播放器脈沖脈沖信號(hào)信號(hào)二進(jìn)制二進(jìn)制編碼信號(hào)編碼信號(hào)右聲道右聲道音頻信號(hào)音頻信號(hào)左聲道左聲道音頻信號(hào)音頻信號(hào)模擬模擬信號(hào)信號(hào)數(shù)模轉(zhuǎn)換舉例：數(shù)模轉(zhuǎn)換舉例：轉(zhuǎn)換指標(biāo)：轉(zhuǎn)換指標(biāo)：轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度分類：分類：ADC直接轉(zhuǎn)換直接轉(zhuǎn)換ADC間接轉(zhuǎn)換間接轉(zhuǎn)換ADC并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型反饋比較型反饋比較型雙積分型雙積分型V-F變換型變換型逐次比較型逐次比較型計(jì)數(shù)比較型計(jì)數(shù)比較型DAC權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC權(quán)電流型權(quán)電流型DAC*權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)DAC*開關(guān)樹型開關(guān)樹型DAC*按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)并行輸入型并行輸

3、入型串行輸入型串行輸入型按輸入按輸入方式方式并行輸出型并行輸出型串行輸出型串行輸出型按輸出按輸出方式方式n位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)dn-1dn-2d0的大小的大小 1000221122.22niiinnnnnddddD數(shù)模數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器器dn-1dn-2d0vO 102niiiOdkv數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸入輸出的關(guān)系數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸入輸出的關(guān)系9.2 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸入為二進(jìn)制碼，輸出為模擬電壓輸入為二進(jìn)制碼，輸出為模擬電壓輸出電壓與輸入的二進(jìn)制碼的值成正比輸出電壓與輸入的二進(jìn)制碼的值成正比 D3D2D1D0 VO 0000 0V 0001 0.25V 0010 0.5V 0011 0.75V 010

4、0 1V 0101 1.25V 0110 1.5V 0111 1.75V 1000 2V 1001 2.25V 1010 2.5V 1011 2.75V 1100 3V 1101 3.25V 1110 3.5V 1111 3.75V例：例：ofviR ifVRR -VV 放大器原理放大器原理A為運(yùn)算放大器為運(yùn)算放大器與電阻配合構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路與電阻配合構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路理想運(yùn)放的兩個(gè)特點(diǎn)：理想運(yùn)放的兩個(gè)特點(diǎn)：-0ii A+-iV-V+RfvoRvii-i+虛短虛短虛斷虛斷由此推出：由此推出：-0VV 9.2.1 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vORF(R/2) A-+23R 22

5、R 2RRI0I1I2I3d0d1d2d3i VREFS0S1S2S3V-V+LSBMSB一、電路及工作原理一、電路及工作原理 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)模擬開關(guān)模擬開關(guān)求和放大器求和放大器由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、模擬開關(guān)、求和放大器構(gòu)成求和放大器構(gòu)成權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)確定每條支路電流的大小權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)確定每條支路電流的大小模擬開關(guān)受每各位數(shù)碼控制模擬開關(guān)受每各位數(shù)碼控制求和放大電路把各支路電流求和并轉(zhuǎn)換成電壓求和放大電路把各支路電流求和并轉(zhuǎn)換成電壓Si：d=1時(shí)接時(shí)接VREF， d=0時(shí)接地時(shí)接地iREFiiRVdI ）（00112233422222ddddVRivREFFO 此式即表明模擬輸

6、出與數(shù)字輸入成正比。此式即表明模擬輸出與數(shù)字輸入成正比。轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理vORF(R/2) A-+23R 22R 2RRI0I1I2I3d0d1d2d3i VREFS0S1S2S3V-V+LSBMSB）（00112233330211203222222222ddddRVRVdRVdRVdRVdiREFREFREFREFREF 接接VREF時(shí)支路有電流，時(shí)支路有電流，接地時(shí)無電流接地時(shí)無電流每條支路上的電阻反映了該位每條支路上的電阻反映了該位的權(quán)，故稱權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)。的權(quán)，故稱權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)。改變改變RF可改變比例系數(shù)可改變比例系數(shù)nnREFnnnnnREFODVdddVv22222002211 ）（推廣

7、：推廣：n位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出vORF(R/2) A-+23R 22R 2RRI0I1I2I3d0d1d2d3i VREFS0S1S2S3V-V+LSBMSBiREFiiRVdI 電路缺點(diǎn)：電路缺點(diǎn)：當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，阻值相差太大。當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，阻值相差太大。9.2.2 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)換器一、電路及工作原理一、電路及工作原理基本思路：基本思路：將電阻放在橫將電阻放在橫向支路上，越低位經(jīng)過的向支路上，越低位經(jīng)過的電阻越多，電流越小電阻越多，電流越小由圖可知不管開關(guān)接由圖可知不管開關(guān)接左還是接右，支路電左還是接右，支路電流都不變，只是流都不變，只是接左接左流入

8、地流入地，接右流向接右流向R d0d1d2d3i VREFvOR A-+V-V+LSBMSBS3S2S1S02R2R2RI0I1I2I32R2RRRRI3I2I1I0I33221100IdIdIdIdi d0d1d2d3i VREFvOR A-+V-V+LSBMSBS3S2S1S02R2R2RI0I1I2I32R2RRRRI3I2I1I0I按接左求各支路電流：按接左求各支路電流：2100III 2211III 233III 2322III RVIREF 16I 8I 4I 2I ）（）（3322110043322110042222222222ddddVddddRIRivREFO ）（32108

9、4216ddddIi 33221100IdIdIdIdi VREF2R2R2RI0I1I2I32R2RRRRI3I2I1I0I電阻支路為倒電阻支路為倒T型，故型，故名倒名倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)DACnnREFnnnnnREFODVdddVv22222002211 ）（推廣：推廣：n位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出改變改變RF可改變比例系數(shù)可改變比例系數(shù)解決了解決了阻值相差太大的問題阻值相差太大的問題集成集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD7520簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 l10位數(shù)字輸入，位數(shù)字輸入，l模擬開關(guān)采用模擬開關(guān)采用CMOS電路構(gòu)成電路構(gòu)成 l需外接需外接運(yùn)放運(yùn)放、參考電壓參考電壓；l反饋電阻反饋電阻可

10、用內(nèi)部電阻也可外接可用內(nèi)部電阻也可外接 Vdd14Iout11MSB-14BIT-25Iout22BIT-36BIT-47BIT-58Rfb16BIT-69BIT-710BIT-811VrefIN15BIT-912LSB-1013 AD7520 VREFVoGND3 A9.2.3 權(quán)電流型權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器解決措施：解決措施：將電阻換成恒流源。將電阻換成恒流源。模擬開關(guān)的問題：模擬開關(guān)的問題：若模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻不相等，則電流有誤差，轉(zhuǎn)換有誤差。若模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻不相等，則電流有誤差，轉(zhuǎn)換有誤差。恒流源的實(shí)現(xiàn)：恒流源的實(shí)現(xiàn)：三極管集電極電流。三極管集電極電流。 d0d1d2d3i V

11、REF（-）vORF A-+V-V+LSBMSBS3S2S1S0I/16 I/8I/4I/2注意：注意：該電路參考電壓為負(fù)值，該電路參考電壓為負(fù)值，電流從運(yùn)放負(fù)極流出電流從運(yùn)放負(fù)極流出恒流源恒流源IB0用來為用來為T提供基極偏置電流，恒流源需要負(fù)電源提供基極偏置電流，恒流源需要負(fù)電源VEE ）（33221100422222ddddRVRvRREFFO A1與與TR構(gòu)成基準(zhǔn)電流發(fā)生電路，構(gòu)成基準(zhǔn)電流發(fā)生電路， 產(chǎn)生產(chǎn)生RREFREFRVI I/2I/4I/8I/16d3d2d1d0iOLSBMSBS0S1S2S3vORF A2-+VEE(-)+-IB0IECIE0IE1IE2IE32R2R2R2

12、R2RRRRRIREF A1RRVREFTRT3T2T1T0TC-+RREFREFRVI I注意該公式中無負(fù)號(hào)注意該公式中無負(fù)號(hào)具體電路具體電路權(quán)電流型集成權(quán)電流型集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0808簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 8位數(shù)字輸入位數(shù)字輸入 需外接運(yùn)放、反饋電阻、參考電壓。需外接運(yùn)放、反饋電阻、參考電壓。 Vcc=+5V A VREF=-10VRF vOVEE=-15VRR5K5K5KVcc13IO4MSBA15VR+15A26A37VR-14A48A59A610COMP16A711LSBA812VEE3 DAC0808nnRREFFODDRVRv882102 上述參數(shù)下：上述參數(shù)下：9.2.7 D/

13、A轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度一、轉(zhuǎn)換精度一、轉(zhuǎn)換精度 以四位以四位DAC為例畫出轉(zhuǎn)換特性曲線為例畫出轉(zhuǎn)換特性曲線 級(jí)差越小，轉(zhuǎn)換精度越高，輸出越級(jí)差越小，轉(zhuǎn)換精度越高，輸出越接近于模擬（幅值上連續(xù)）信號(hào)；接近于模擬（幅值上連續(xù)）信號(hào)； 用與用與n有關(guān)的量來表示轉(zhuǎn)換精度，稱之為分辨率有關(guān)的量來表示轉(zhuǎn)換精度，稱之為分辨率 轉(zhuǎn)換精度的概念：轉(zhuǎn)換精度的概念：可以看出輸出電壓在幅值上是不連可以看出輸出電壓在幅值上是不連續(xù)的，一個(gè)級(jí)差為續(xù)的，一個(gè)級(jí)差為 421REFVLSB n位位DAC的的 ， n越大，轉(zhuǎn)換精度越高。越大，轉(zhuǎn)換精度越高。 nREFVLSB21 0000 0011 0

14、110 1001 1100 11111/163/165/167/169/1611/1613/1615/16REFOVv定義定義1：n最低位為最低位為1，其它位均為，其它位均為0時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓稱為時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓稱為1LSB，即，即nREFVLSB21 :01000121時(shí)時(shí)對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的輸輸出出，故故 ddddnn輸入全為輸入全為1時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓稱為滿刻度輸出，用時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓稱為滿刻度輸出，用FSR表示，即表示，即:11110121時(shí)時(shí)對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的輸輸出出，故故 ddddnn) 12(2)2222(200112211 nnREFnnnnnREFVddddVFSR定義定義2：121 n12

15、12) 12(21 nnnREFnREFVVLSB滿滿刻刻度度輸輸出出分辨率只反映了分辨率只反映了理論精度理論精度，實(shí)際精度實(shí)際精度與誤差有關(guān)（例正向偏差與誤差有關(guān)（例正向偏差使級(jí)差加大，精度減?。Ｊ辜?jí)差加大，精度減?。?。轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差 定義定義1： 定義定義2： 誤差的來源誤差的來源 VREF的波動(dòng)；的波動(dòng)；A的零漂，的零漂，S的導(dǎo)通電阻與壓降；的導(dǎo)通電阻與壓降；R的阻值偏差的阻值偏差 所謂所謂誤差誤差即指輸出電壓的即指輸出電壓的實(shí)際值與理論值的偏差實(shí)際值與理論值的偏差。LSB1偏偏差差實(shí)實(shí)際際值值與與理理論論值值的的最最大大單位：?jiǎn)挝唬篖SB%100 FSR偏偏差差實(shí)實(shí)際際值值與與理理

16、論論值值的的最最大大二、二、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度指標(biāo)：指標(biāo)：建立時(shí)間建立時(shí)間tset定義：定義：從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，直到輸出電壓進(jìn)入與從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，直到輸出電壓進(jìn)入與 穩(wěn)態(tài)值相差穩(wěn)態(tài)值相差1/2LSB范圍內(nèi)的時(shí)間稱為建立時(shí)間。范圍內(nèi)的時(shí)間稱為建立時(shí)間。不包含運(yùn)放的不包含運(yùn)放的DAC中，中， tset可達(dá)可達(dá)0.1us包含運(yùn)放的包含運(yùn)放的DAC中，中， tset可達(dá)可達(dá)1.5us當(dāng)需外加運(yùn)放構(gòu)成當(dāng)需外加運(yùn)放構(gòu)成DAC時(shí)，應(yīng)采用轉(zhuǎn)換速率快的運(yùn)放。時(shí)，應(yīng)采用轉(zhuǎn)換速率快的運(yùn)放。9.3 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器t D2D1D0 t1 000t2 010t3 100012

17、34567010100110110110101011010001010011011101110110110100000D2D1D0 VIADCtVl采樣保持采樣保持l量化量化l編碼編碼tV010010001100110111010000151413121110 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0l量化細(xì)一些，提高轉(zhuǎn)換精度量化細(xì)一些，提高轉(zhuǎn)換精度tV151413121110 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0l采樣再細(xì)一些，更準(zhǔn)確地反應(yīng)變化規(guī)律采樣再細(xì)一些，更準(zhǔn)確地反應(yīng)變化規(guī)律0000，0001，0100，0110，1000，1001，1100，1100，1110，1110，1101，1

18、100，1011，1001，0110，0101，0100，0011，0011，0011，0100，0100，0110，0110，0110，0110，1011，1011，1100，1110，1110，1101，1100，1011，0111。9.3.1 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理vIttvSA/D轉(zhuǎn)換過程要經(jīng)過轉(zhuǎn)換過程要經(jīng)過采樣保持，量化編碼采樣保持，量化編碼2個(gè)步驟個(gè)步驟一、采樣保持一、采樣保持采樣：采樣：即在不同的時(shí)間點(diǎn)上把信號(hào)采樣下來，從而將在時(shí)間上連即在不同的時(shí)間點(diǎn)上把信號(hào)采樣下來，從而將在時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上離散的信號(hào)。續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上離散的信號(hào)。保持：保

19、持：每次采樣完畢要保持一段時(shí)間，每次采樣完畢要保持一段時(shí)間，以供以供ADC將采樣下來的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。將采樣下來的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。過高，過高，保持時(shí)間短，不能保證保持時(shí)間短，不能保證ADC可靠轉(zhuǎn)換可靠轉(zhuǎn)換采樣定理：采樣定理：(max)2isff (max)53(isff 對(duì)采樣頻率的要求：對(duì)采樣頻率的要求：過低，過低，不能反映原始信號(hào)的變化規(guī)律。不能反映原始信號(hào)的變化規(guī)律。二、量化和編碼二、量化和編碼采樣后的信號(hào)在數(shù)值上還是連續(xù)的，而數(shù)字信號(hào)在數(shù)值上是離散采樣后的信號(hào)在數(shù)值上還是連續(xù)的，而數(shù)字信號(hào)在數(shù)值上是離散的，的，量化量化即是將數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)變成數(shù)值上是離散的信號(hào)。即是將數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)變成

20、數(shù)值上是離散的信號(hào)。量化即把采樣信號(hào)表示為最小單位的整數(shù)倍，此最小單位叫做量化即把采樣信號(hào)表示為最小單位的整數(shù)倍，此最小單位叫做量量化單位，化單位，用用表示。表示。把量化結(jié)果用代碼表示出來，稱為把量化結(jié)果用代碼表示出來，稱為編碼編碼，這些代碼的輸出就是這些代碼的輸出就是A/D轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果。轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果。例：例：把把01V的模擬電壓轉(zhuǎn)換成的模擬電壓轉(zhuǎn)換成3位二進(jìn)位二進(jìn)制代碼，即用制代碼，即用000111表示表示01V的電壓的電壓解：解：方法一方法一取最小量化單位為取最小量化單位為1/8 V，即，即 =1/8 V并規(guī)定：并規(guī)定：01/8V為為0 ， 1/82/8V為為1 ，1V7/8V6/8V

21、5/8V4/8V3/8V2/8V1/8V0V1111101011000110100010007=7/8V6=6/8V5=5/8V4=4/8V3=3/8V2=2/8V1=1/8V0=0V輸入輸入信號(hào)信號(hào)二進(jìn)制二進(jìn)制代碼代碼代表的代表的模擬電壓模擬電壓則最大量化誤差為則最大量化誤差為1 =1/8V。方法二方法二取最小量化單位為取最小量化單位為2/15 V，即，即=2/15 V，并規(guī)定：并規(guī)定：01/15V為為0 ， 1/153/15V為為1 ， 3/155/15V為為2 ， 則最大量化誤差為則最大量化誤差為1/2 =1/15V。1V13/15V11/15V9/15V7/15V5/15V3/15V1

22、/15V1111101011000110100017=14/15V6=12/15V5=10/15V4=8/15V3=6/15V2=4/15V1=2/15V輸入輸入信號(hào)信號(hào)二進(jìn)制二進(jìn)制代碼代碼代表的代表的模擬電壓模擬電壓0000=0V0V9.3.2 采樣保持電路采樣保持電路基本形式基本形式vL=0，S閉合閉合，C充電（充電（ =RCH），），vO=vI，采樣。采樣。vL=1，S打開打開，C無放電回路，無放電回路，vO保持。保持。_+ACHvOvLvI_+ASR集成采樣保持器集成采樣保持器LF1989.3.3 直接直接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量，不需要中間變量。輸入的模

23、擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量，不需要中間變量。一、并聯(lián)比較型一、并聯(lián)比較型思路：思路：用比較器實(shí)現(xiàn)量化，編碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出。用比較器實(shí)現(xiàn)量化，編碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出。電路：電路：比較器比較器C1C7：同相輸入端接同相輸入端接vI反相端接參考電壓，反相端接參考電壓，參考電壓的大小由參考電壓的大小由電阻分壓得到。電阻分壓得到。寄存器寄存器FF1FF7：暫存量化結(jié)果，等暫存量化結(jié)果，等待時(shí)鐘到來，統(tǒng)一待時(shí)鐘到來，統(tǒng)一送編碼器編碼。送編碼器編碼。Qn+1=Dn編碼器：編碼器：將量化結(jié)果進(jìn)行編碼，將量化結(jié)果進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出。實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出。為為8/3線優(yōu)先編碼器。線優(yōu)先編碼器。優(yōu)先權(quán)自上而下逐位

24、降優(yōu)先權(quán)自上而下逐位降低。高電平有效。低。高電平有效。+_R+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1R/21DC1+_1111111C2C3C4C5C6C7C1FF7FF6FF5FF4FF3FF2FF1d2d1d0MSBLSB(20)(21)(22)VREF153VREF1513VREF15VREFvICPR1DC18/3線優(yōu)先編碼器線優(yōu)先編碼器工作原理：工作原理：+_R+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1R/21DC1+_1111111C2C3C4C5C6C7C1FF7FF6FF5FF4FF3FF2FF1d2d1d0MSBLSB

25、(20)(21)(22)VREF153VREF1513VREF15VREFvICPR1DC18/3線優(yōu)先編碼器線優(yōu)先編碼器當(dāng)當(dāng)vIVREF/15時(shí)，時(shí)，C1C7=0編碼：編碼：d2d1d0=000當(dāng)當(dāng)VREF/15 vI3VREF/15時(shí)，時(shí)，C2C7=0編碼：編碼： d2d1d0=001C1=1當(dāng)當(dāng)3VREF/15 vI5VREF/15時(shí)，時(shí)，C3C7=0編碼：編碼： d2d1d0=010C1C2=1當(dāng)當(dāng)13VREF/15 vIVREF時(shí)，時(shí)，編碼：編碼： d2d1d0=111C1C7=1以此類推以此類推l特點(diǎn)：特點(diǎn)：l速度快速度快l不用附加采樣保持電路不用附加采樣保持電路l所用器件多，所用

26、器件多，n位位D/A轉(zhuǎn)換需轉(zhuǎn)換需2n-1個(gè)比較器和觸發(fā)器個(gè)比較器和觸發(fā)器vIC7C6C5C4C3C2C1d2d1d0(01/15)VREF0000000000(1/153/15)VREF0000001001(3/155/15)VREF0000011010(5/157/15)VREF0000111011(7/159/15)VREF0001111100(9/1511/15)VREF0011111101(11/1513/15)VREF0111111110(13/151)VREF1111111111二、反饋比較型二、反饋比較型ADC基本思路：基本思路：取一個(gè)取一個(gè)數(shù)字量數(shù)字量加到加到D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

27、上，于是得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的上，于是得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出模擬電壓輸出模擬電壓。將這個(gè)模擬電壓和。將這個(gè)模擬電壓和輸入的模擬信號(hào)輸入的模擬信號(hào)電壓電壓相比較相比較，如，如果兩者果兩者不相等不相等，則，則調(diào)整調(diào)整所取得的數(shù)字量，直到兩個(gè)模擬電壓所取得的數(shù)字量，直到兩個(gè)模擬電壓相等相等為為止，最后所取得的數(shù)字量就是所求的止，最后所取得的數(shù)字量就是所求的轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果。1.計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型ADC方框圖方框圖DAC計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器輸出寄存器輸出寄存器脈沖源脈沖源C-+vBvI模擬輸入模擬輸入并行數(shù)字輸出并行數(shù)字輸出MSBLSBLSBMSBvOCP&vLG控制轉(zhuǎn)換信號(hào)控制轉(zhuǎn)換信號(hào)計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖源計(jì)數(shù)，其輸出為數(shù)字

28、量，該數(shù)字量送入計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖源計(jì)數(shù)，其輸出為數(shù)字量，該數(shù)字量送入DAC，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)換為模擬信號(hào)vO，與，與vI比較，若比較，若vOvI，則計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)，vO增增加，直至加，直至vO=vI，計(jì)數(shù)停止，此時(shí)的計(jì)數(shù)值就是，計(jì)數(shù)停止，此時(shí)的計(jì)數(shù)值就是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。轉(zhuǎn)換結(jié)果。基本原理：基本原理：工作過程：工作過程：轉(zhuǎn)換前，轉(zhuǎn)換前， vL=0，門門G被封鎖，計(jì)數(shù)器不工作，輸出為被封鎖，計(jì)數(shù)器不工作，輸出為0，vOvI，vB=1。轉(zhuǎn)換開始，轉(zhuǎn)換開始，vL=1，門門G打開，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值增加，打開，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值增加，vO增加。增加。當(dāng)當(dāng)vOvI時(shí)，時(shí)，vB=0，門，門G

29、被封鎖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，這時(shí)計(jì)數(shù)器中所存數(shù)字被封鎖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，這時(shí)計(jì)數(shù)器中所存數(shù)字就是所求的輸出數(shù)字信號(hào)。就是所求的輸出數(shù)字信號(hào)。由于在轉(zhuǎn)換過程中，計(jì)數(shù)器輸出在不停地變化，所以不能將計(jì)數(shù)器的輸出由于在轉(zhuǎn)換過程中，計(jì)數(shù)器輸出在不停地變化，所以不能將計(jì)數(shù)器的輸出直接作為輸出信號(hào)，為此，在輸出端設(shè)置了輸出寄存器，在每次轉(zhuǎn)換完成直接作為輸出信號(hào)，為此，在輸出端設(shè)置了輸出寄存器，在每次轉(zhuǎn)換完成后，用轉(zhuǎn)換信號(hào)的下降沿將計(jì)數(shù)器的輸出置入輸出寄存器中，而以寄存器后，用轉(zhuǎn)換信號(hào)的下降沿將計(jì)數(shù)器的輸出置入輸出寄存器中，而以寄存器的狀態(tài)作為最終的輸出信號(hào)。的狀態(tài)作為最終的輸出信號(hào)。DAC計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器輸出寄存器

30、輸出寄存器脈沖源脈沖源C-+vBvI模擬輸入模擬輸入并行數(shù)字輸出并行數(shù)字輸出MSBLSBLSBMSBvOCP&vLG控制轉(zhuǎn)換信號(hào)控制轉(zhuǎn)換信號(hào)特點(diǎn)：特點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，所用電路簡(jiǎn)單，所用器件不多；器件不多；轉(zhuǎn)換速度慢，轉(zhuǎn)換速度慢，n位位ADC最長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換最長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為時(shí)間為(2n-1)TC轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換TC2.逐次漸近型逐次漸近型ADC基本原理：基本原理：電平稱重電平稱重設(shè)設(shè)vI=5.3V，DAC輸入輸入 DAC輸出輸出100 4V5.3V101 5VvI，則，則C輸出控制信號(hào)使寄輸出控制信號(hào)使寄存器輸出存器輸出0100；若；若vO vI，則，則C輸出控制信號(hào)使寄存器輸出控制信號(hào)使寄存器去掉去掉第

31、二位第二位1，并使第三位置，并使第三位置1，若，若vO 0A_+S1S0RC積分器積分器比較器比較器-VREF0A_+S1S0RC積分器積分器比較器比較器-VREF0T2T1VO1vOtT2VO1vGvI=vItvGtvI=vI若取若取T1為為TC的整數(shù)倍，即的整數(shù)倍，即T1=NTC，則，則IREFvVND 特點(diǎn)：特點(diǎn)：穩(wěn)定穩(wěn)定R、C、TC的變化不會(huì)影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的變化不會(huì)影響轉(zhuǎn)換結(jié)果抗干擾性強(qiáng)抗干擾性強(qiáng)若若vI引進(jìn)對(duì)稱干擾，在引進(jìn)對(duì)稱干擾，在T1期間積分值為期間積分值為0，故，故VO1不變，轉(zhuǎn)換結(jié)果不變。不變，轉(zhuǎn)換結(jié)果不變。常見干擾為常見干擾為50Hz干擾，故應(yīng)取干擾，故應(yīng)取TC為為0.02s

32、的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。速度慢速度慢 最長(zhǎng)積分時(shí)間：最長(zhǎng)積分時(shí)間：2T1=2n+1TC由此也可得出該電路要求：由此也可得出該電路要求：vIVREF否則計(jì)數(shù)器計(jì)滿值時(shí)，否則計(jì)數(shù)器計(jì)滿值時(shí)，vO也不會(huì)上升到也不會(huì)上升到0，轉(zhuǎn)而又對(duì)，轉(zhuǎn)而又對(duì)vI積分積分IREFnvVD2 T2T1VO1vOt對(duì)稱干擾對(duì)稱干擾T1vItvOtT1T1二、二、V-F變換型變換型ADC在在TG時(shí)間里對(duì)時(shí)間里對(duì)vO進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值正比于進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值正比于vI特點(diǎn)：特點(diǎn)： 適于遙控遙測(cè)系統(tǒng)中，因適于遙控遙測(cè)系統(tǒng)中，因vO為調(diào)頻信號(hào)，易于遠(yuǎn)距離傳輸為調(diào)頻信號(hào)，易于遠(yuǎn)距離傳輸轉(zhuǎn)換速度慢轉(zhuǎn)換速度慢基本思路：基本思路：將電壓將電壓V轉(zhuǎn)換成與之成正比的頻率信號(hào)，并在固定時(shí)間內(nèi)對(duì)其轉(zhuǎn)換成與之成正比的頻率信號(hào)，并在固定時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)結(jié)果(正比于電壓正比于電壓V)即為轉(zhuǎn)換結(jié)果