第12章-模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

1、數(shù)數(shù) 字字 電電 子子 技技 術(shù)術(shù) 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)第第1212章章 模模/數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路12.1 概述概述12.2 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器12.3 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器12.4 本章小結(jié)本章小結(jié)第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路12.1 12.1 概述概述模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器 模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般屬于系統(tǒng)的前級(jí)電路，完成模擬電模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般屬于系統(tǒng)的前級(jí)電路，完成模擬電信號(hào)到數(shù)字電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。信號(hào)到數(shù)字電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。（Analog - Digital Converter），簡稱），簡稱A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器、ADC 數(shù)模轉(zhuǎn)換器一般屬于系統(tǒng)的后

2、級(jí)電路，完成數(shù)字電數(shù)模轉(zhuǎn)換器一般屬于系統(tǒng)的后級(jí)電路，完成數(shù)字電信號(hào)到模擬電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。信號(hào)到模擬電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。（Digital - Analog Converter），簡稱），簡稱D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器、DAC第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路12.2 12.2 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器12.2.1 12.2.1 D/A 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理d0d1dn-1DACuO或或iO例如：例如：DuO/V7654321001 010 011 100 101 110 11113148212121)1101(0232 10O)2(niiiDku輸出模擬電壓輸出模擬電壓實(shí)際是實(shí)際是不連續(xù)

3、不連續(xù)的，而是由一系列的，而是由一系列“臺(tái)階電壓臺(tái)階電壓”組成。組成。 其最小單位就是輸入其最小單位就是輸入“0001”所對(duì)應(yīng)的模擬電壓大小，就所對(duì)應(yīng)的模擬電壓大小，就是是比例系數(shù)比例系數(shù) k 的大小。的大小。MSB：輸入：輸入n位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù) 的最高位；的最高位；LSB：最低位；：最低位；FSR：最大輸入數(shù)字量：最大輸入數(shù)字量 “1111”。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路一一. . 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC1. 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)000011112. 2. 工作原理工作原理3REF3dRVI )(20123FOIIIIRiRu 2REF22dR

4、VI 12REF12dRVI 03REF02dRVI )2222(2 )222(2001122334REF03REF12REF2REF3REFOddddVdRVdRVdRVdRVRu nnnnnnDVddddVu4REF00112211REFO2)2222(2 第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路一一. . 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC1. 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)000011113. 3. 器件特點(diǎn)器件特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 電路結(jié)構(gòu)簡單；電路結(jié)構(gòu)簡單； 轉(zhuǎn)換速度也比較快。轉(zhuǎn)換速度也比較快。缺陷缺陷： 電路中電阻大小各不相電路中電阻大小各不相同，且差異很大，轉(zhuǎn)換器同，且差異

5、很大，轉(zhuǎn)換器位數(shù)越大，這種差異就越位數(shù)越大，這種差異就越大。權(quán)電阻的阻值精度直大。權(quán)電阻的阻值精度直接限制了轉(zhuǎn)換精度。同時(shí)接限制了轉(zhuǎn)換精度。同時(shí)不利于集成化。不利于集成化。 電子開關(guān)的導(dǎo)通電阻和電子開關(guān)的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降都會(huì)影響轉(zhuǎn)換精導(dǎo)通壓降都會(huì)影響轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度。度和轉(zhuǎn)換速度。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路二二. . 倒倒 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC1. 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)RRRR11110000第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路2. 2. 工作原理工作原理)21212121(168420413223REF01

6、23ddddRVdIdIdIdIi )2222(2001122334REFOddddViRu 外接電壓外接電壓VREF輸出的總電流：輸出的總電流：RVIREF 3. 3. 器件特點(diǎn)器件特點(diǎn)只使用兩種阻值的電阻，易于集成，且轉(zhuǎn)換精度提高很多。只使用兩種阻值的電阻，易于集成，且轉(zhuǎn)換精度提高很多。 倒倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度，都優(yōu)于權(quán)電的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度，都優(yōu)于權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)阻網(wǎng)絡(luò)DAC，許多型號(hào)的集成許多型號(hào)的集成DAC芯片都采用此結(jié)構(gòu)。芯片都采用此結(jié)構(gòu)。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路三三. . 其他類型其他類型DAC1. 1. 權(quán)電

7、流型權(quán)電流型DAC2. 2. 權(quán)電容型權(quán)電容型DAC3. 3. 雙極性輸出型雙極性輸出型DAC 電路結(jié)構(gòu)與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)電路結(jié)構(gòu)與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC類似，類似，內(nèi)部使用多個(gè)恒流源內(nèi)部使用多個(gè)恒流源，其大小依次為前一個(gè)的一半，從而構(gòu)成其大小依次為前一個(gè)的一半，從而構(gòu)成“權(quán)結(jié)構(gòu)權(quán)結(jié)構(gòu)”。 仍采用權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)仍采用權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC類似的電路結(jié)構(gòu)，類似的電路結(jié)構(gòu)，但用多個(gè)電容替但用多個(gè)電容替代了權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)中的各電阻代了權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)中的各電阻，且電容大小仍滿足，且電容大小仍滿足“權(quán)結(jié)構(gòu)權(quán)結(jié)構(gòu)”。 實(shí)際工作中常常需要將帶符號(hào)（可正、可負(fù)）的數(shù)字信號(hào)實(shí)際工作中常常需要將帶符號(hào)（可正、可負(fù)）的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬信

8、號(hào)，此時(shí)就需要使用雙極性輸出型轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，此時(shí)就需要使用雙極性輸出型DAC。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路12.2.2 12.2.2 D/A 轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)一一. . 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度表征表征DAC的理論轉(zhuǎn)換精度。的理論轉(zhuǎn)換精度。分辨率分辨率轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差表示器件實(shí)際輸出模擬量和理論輸出量之間的偏差。表示器件實(shí)際輸出模擬量和理論輸出量之間的偏差。1. 1. 分辨率分辨率DAC輸入的最小有效數(shù)字輸入的最小有效數(shù)字“0001”和最大有效數(shù)字和最大有效數(shù)字“1111”分別對(duì)應(yīng)分別對(duì)應(yīng)的輸出模擬量的比值，即的輸出模擬量的比值，即MSB和

9、和FSR對(duì)應(yīng)的輸出模擬量的比值對(duì)應(yīng)的輸出模擬量的比值。121)12(212REFREFFSRMSB nnnnVVVV121FSRMSB n分分辨辨率率n 位位DAC器件，常常直接把器件，常常直接把“2n”或者或者“n位位”稱為分辨率。稱為分辨率。例如：例如：8位位DAC的分辨率就是的分辨率就是 255，或者，或者8位。位。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路一一. . 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度2. 2. 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差 轉(zhuǎn)換誤差是一個(gè)轉(zhuǎn)換誤差是一個(gè)綜合性的靜態(tài)指標(biāo)綜合性的靜態(tài)指標(biāo)，它通常包括，它通常包括比例系數(shù)誤差比例系數(shù)誤差、非線性誤差非線性誤差、漂移誤差漂移誤差等多

10、個(gè)成分，等多個(gè)成分，這些誤差的這些誤差的絕對(duì)值之和絕對(duì)值之和，就是，就是DAC的轉(zhuǎn)換誤差大小。的轉(zhuǎn)換誤差大小。 由于由于DAC電路內(nèi)各環(huán)節(jié)不可避免地存在與理論性電路內(nèi)各環(huán)節(jié)不可避免地存在與理論性能不一致的差異，因此能不一致的差異，因此實(shí)際的輸出模擬量實(shí)際的輸出模擬量和和理論輸出理論輸出量量之間存在一定誤差，之間存在一定誤差，這種誤差的最大差值這種誤差的最大差值稱為稱為DAC的轉(zhuǎn)換誤差。的轉(zhuǎn)換誤差。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路二二. . 轉(zhuǎn)換速度（建立時(shí)間）轉(zhuǎn)換速度（建立時(shí)間） DAC的的轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度通常用通常用建立時(shí)間建立時(shí)間來描述，指從數(shù)字信號(hào)來描述

11、，指從數(shù)字信號(hào)輸入輸入DAC開始，到輸出端對(duì)應(yīng)得到穩(wěn)定的模擬信號(hào)為止，整開始，到輸出端對(duì)應(yīng)得到穩(wěn)定的模擬信號(hào)為止，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程所需要的時(shí)間。個(gè)轉(zhuǎn)換過程所需要的時(shí)間。建立時(shí)間建立時(shí)間 tset 的定量：的定量： 從輸入數(shù)字量發(fā)從輸入數(shù)字量發(fā)生突變開始，到輸出生突變開始，到輸出模擬量進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值模擬量進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差相差(1/2)LSB 范圍范圍以內(nèi)的這段時(shí)間。以內(nèi)的這段時(shí)間。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路現(xiàn)在常用的集成現(xiàn)在常用的集成DAC器件從內(nèi)部組成上區(qū)分，有兩大類：器件從內(nèi)部組成上區(qū)分，有兩大類： 內(nèi)部只包含電阻網(wǎng)絡(luò)（或恒流源網(wǎng)絡(luò)、電容網(wǎng)絡(luò)等）內(nèi)部只包含電

12、阻網(wǎng)絡(luò)（或恒流源網(wǎng)絡(luò)、電容網(wǎng)絡(luò)等） 和電子開關(guān)。和電子開關(guān)。 另一類內(nèi)部還集成了運(yùn)算放大器和參考電壓源發(fā)生器。另一類內(nèi)部還集成了運(yùn)算放大器和參考電壓源發(fā)生器。 使用時(shí)需要使用時(shí)需要外接運(yùn)算放大器和參考電壓源外接運(yùn)算放大器和參考電壓源，其，其轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換速度相對(duì)較慢速度相對(duì)較慢，建立時(shí)間比第二類大一些。同時(shí)，要選，建立時(shí)間比第二類大一些。同時(shí)，要選用高穩(wěn)定度的參考電壓源和低漂移高精度的運(yùn)算放大器，用高穩(wěn)定度的參考電壓源和低漂移高精度的運(yùn)算放大器，以降低轉(zhuǎn)換誤差。以降低轉(zhuǎn)換誤差。使用更方便，轉(zhuǎn)換速度也更快。使用更方便，轉(zhuǎn)換速度也更快。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路

13、A / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）（模數(shù)轉(zhuǎn)換器） （ADC）模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 直接直接ADC 間接間接ADC 通過一套基準(zhǔn)電壓與取樣保持信號(hào)相比較，從而直接轉(zhuǎn)換為通過一套基準(zhǔn)電壓與取樣保持信號(hào)相比較，從而直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。一般而言，數(shù)字量。一般而言，轉(zhuǎn)換速度較快轉(zhuǎn)換速度較快，轉(zhuǎn)換精度與基準(zhǔn)電壓設(shè)定精轉(zhuǎn)換精度與基準(zhǔn)電壓設(shè)定精度有很大關(guān)系度有很大關(guān)系。常見的有。常見的有并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型ADC、逐次逼近型逐次逼近型ADC 等。等。 將輸入的模擬信號(hào)首先轉(zhuǎn)換為與其成正比的時(shí)間或頻率，然將輸入的模擬信號(hào)首先轉(zhuǎn)換為與其成正比的時(shí)間或頻率，然后再以某種方式將中間量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，也常稱為

14、后再以某種方式將中間量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，也常稱為計(jì)數(shù)式計(jì)數(shù)式ADC?？蓪?shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)很高的轉(zhuǎn)換精度很高的轉(zhuǎn)換精度，但，但轉(zhuǎn)換速度往往不如直接轉(zhuǎn)換速度往往不如直接ADC。常見。常見的有的有雙積分型雙積分型ADC（V-T 變換型）變換型）、V-f 變換型變換型ADC等。等。12.3.1 12.3.1 D/A 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理12.3 12.3 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路一一. . A / D 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理取樣取樣保持保持量化量化編碼編碼量化編碼量化編碼 電路電路uI(t)模擬信號(hào)模擬信號(hào)u I(t)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)dn-1d1d0取樣保持取樣

15、保持 電路電路第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路1. 1. 取樣和保持取樣和保持取樣保持取樣保持 電路電路tuStuItu I1取樣取樣保持保持第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路tu I取樣定理取樣定理fS 2 fImax 在取樣間隔內(nèi)在取樣間隔內(nèi)完成對(duì)應(yīng)的量化和完成對(duì)應(yīng)的量化和編碼，輸出對(duì)應(yīng)的編碼，輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)。ImaxS)53(ff 第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路取樣取樣- -保持電路保持電路 取樣過程取樣過程取樣脈沖取樣脈沖 S(t) = 1期間：期間：CuIuOuCVTA

16、S(t) VT導(dǎo)通，輸入模擬信號(hào)導(dǎo)通，輸入模擬信號(hào)uI (t)經(jīng)經(jīng)VT向電容向電容C充電。充電。 電容的電容的充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于取樣脈沖脈寬充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于取樣脈沖脈寬，則電容電壓，則電容電壓uC (t)在取樣期間完全可以跟上輸入信號(hào)在取樣期間完全可以跟上輸入信號(hào)uI (t)的變化，的變化，uO (t) = uI (t) 。 保持過程保持過程取樣脈沖取樣脈沖 S(t) = 0期間：期間： VT截止，則電容電壓截止，則電容電壓uC (t)將保持為前一個(gè)瞬間將保持為前一個(gè)瞬間uI (t)的數(shù)值，的數(shù)值，相應(yīng)的輸出信號(hào)也保持為該數(shù)值不變，直到下一次取樣時(shí)刻的相應(yīng)的輸出信號(hào)也保持為該數(shù)值不變，直到下

17、一次取樣時(shí)刻的到來。到來。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路2. 2. 量化和編碼量化和編碼 tu I量化單位量化單位 輸出輸出 n 位數(shù)字信號(hào)位數(shù)字信號(hào)“0001”0001”對(duì)應(yīng)的輸入模對(duì)應(yīng)的輸入模擬電壓，是量化的最小數(shù)量單位。擬電壓，是量化的最小數(shù)量單位。0 V1/8 V3/8 V5/8 V6/8 V7/8 V 1 V4/8 V2/8 V輸入輸入0 01V1V輸出輸出3 3位代碼位代碼000001010011100101110111V 81 1 2 3 4 5 6 7 0001010011100101110111000第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)

18、/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路0000101001011101110110010000101001011101110110011/15 V5/15 V9/15 V11/15 V13/15 V7/15 V3/15 V0 V1/8 V3/8 V5/8 V6/8 V7/8 V 1 V4/8 V2/8 V模擬模擬信號(hào)信號(hào)二進(jìn)制二進(jìn)制 代碼代碼0 = 0 V1 =1/8 V2 =2/8 V3 =3/8 V4 =4/8 V5 =5/8 V6 =6/8 V7 =7/8 V 代表的代表的模擬電壓模擬電壓二進(jìn)制二進(jìn)制 代碼代碼0 V 1 V模擬模擬信號(hào)信號(hào)V 81 V 811 V 152 V 15121 舍去法舍去

19、法0 =0 V1 =2/15 V2 =4/15 V3 =6/15 V4 =8/15 V5 =10/15 V6 =12/15 V7 =14/15 V 代表的代表的模擬電壓模擬電壓四舍五入法四舍五入法量化方式與量化誤差量化方式與量化誤差第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路取樣取樣保持保持量化量化編碼編碼時(shí)間上離散時(shí)間上離散幅值上離散幅值上離散幅值歸并幅值歸并代碼賦值代碼賦值取樣定理取樣定理量化編碼的量化編碼的 工作區(qū)間工作區(qū)間量化方式量化方式量化誤差量化誤差最終數(shù)字化最終數(shù)字化 對(duì)工作過程的理解對(duì)工作過程的理解總總 結(jié)結(jié)第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模

20、轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路二二. . 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型ADC1. 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)2. 2. 工作原理工作原理REFIREF153151VuV 100000000010101100第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路uI Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1d2 d1 d0O O O O O O O O O O O O O OO O O O O O O O O O O O 1 1O O O O O O O O O O 1 1 1 1O O O O O O O O 1 1 1 1 1 1O O O O O O 1 1 1 1 1 1 1 1O O O O 1

21、1 1 1 1 1 1 1 1 1O O 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1O O O O O OO O O O 1 1O O 1 O 1 OO 1 1O 1 11 O 1 O O O1 1 O O 1 11 1 1 1 O O1 1 1 1 1 1REF )157155(VREF )1510(VREF )153151(VREF )155153(VREF )11513(VREF )159157(VREF )1511159(VREF )15131511(V代碼轉(zhuǎn)換表代碼轉(zhuǎn)換表第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模

22、轉(zhuǎn)換電路3. 3. 器件特點(diǎn)器件特點(diǎn) 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型ADC的的最顯著優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快最顯著優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間間納秒（納秒（ns）級(jí)）級(jí)，并且，如果增加輸出代碼位數(shù)，對(duì)轉(zhuǎn)換，并且，如果增加輸出代碼位數(shù)，對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)間的影響很小。時(shí)間的影響很小。 轉(zhuǎn)換精度主要取決于量化電平的劃分轉(zhuǎn)換精度主要取決于量化電平的劃分，分得越細(xì)（即，分得越細(xì)（即越小），精度越高。此外，轉(zhuǎn)換精度還受分壓電阻和外越小），精度越高。此外，轉(zhuǎn)換精度還受分壓電阻和外接參考電平的精度、電壓比較器的靈敏度的影響。接參考電平的精度、電壓比較器的靈敏度的影響。 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型ADC的的主要缺點(diǎn)是使用的比較器和觸發(fā)器

23、主要缺點(diǎn)是使用的比較器和觸發(fā)器太多太多，并且，隨著輸出代碼位數(shù)的增加，數(shù)量還會(huì)急劇增，并且，隨著輸出代碼位數(shù)的增加，數(shù)量還會(huì)急劇增加。加。 綜上所述，綜上所述，并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型ADC適用于要求轉(zhuǎn)換速度很高，適用于要求轉(zhuǎn)換速度很高，但轉(zhuǎn)換精度不太高的場合但轉(zhuǎn)換精度不太高的場合。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路三三. . 逐次逼近型逐次逼近型ADC1. 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)uOCDAC逐次漸進(jìn)逐次漸進(jìn) 寄存器寄存器輸入模擬輸入模擬信號(hào)信號(hào)uI轉(zhuǎn)換控制轉(zhuǎn)換控制信號(hào)信號(hào)uLCLK(MSB)(LSB)(MSB)(LSB)并并行行數(shù)數(shù)字字輸輸出出 開始轉(zhuǎn)換前，開始轉(zhuǎn)

24、換前， 先將寄存器。先將寄存器。 uL 有效時(shí)，開始有效時(shí)，開始轉(zhuǎn)換，寄存器的最轉(zhuǎn)換，寄存器的最高位置高位置1，輸出為，輸出為100，并被，并被DAC轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬電換為對(duì)應(yīng)的模擬電壓壓uO，送入電壓比，送入電壓比較器較器C，與，與uI 比較。比較。 如果如果uO uI ：則去掉對(duì)應(yīng)的：則去掉對(duì)應(yīng)的1； 如果如果uO uI ：則保留對(duì)應(yīng)的：則保留對(duì)應(yīng)的1。 然后以相同的方法將寄存器輸出狀態(tài)的次高位置然后以相同的方法將寄存器輸出狀態(tài)的次高位置1，并繼續(xù)，并繼續(xù) 比較比較,確定是否該保留這個(gè)確定是否該保留這個(gè)1。 按上述方法逐位比較，直到最低位比較完為止。按上述方法逐位比較，直到最低位比較完為

25、止。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路 用天平秤重過程比喻說明。四個(gè)砝碼重量用天平秤重過程比喻說明。四個(gè)砝碼重量分別為分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量克。設(shè)待秤重量Wx = 5克，克，可以用下表步驟秤量：可以用下表步驟秤量： 4 g4 g + 2 g 4 g + 1 g8 g8g 5g ，4g 5g，5g 5g，0 g4 g4 g5 g撤去撤去保留保留撤去撤去保留保留234 1暫時(shí)結(jié)果暫時(shí)結(jié)果砝砝 碼碼 重重比比 較較 判判 斷斷順順 序序n 位位計(jì)滿只需計(jì)滿只需 n 個(gè)個(gè)CLK2. 2. 工作原理工作原理第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電

26、路模轉(zhuǎn)換電路3位：位：5個(gè)個(gè)CLKn位位: (n+2)個(gè)個(gè)CLKVR第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換開始前轉(zhuǎn)換開始前各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)放哪一放哪一個(gè)砝碼個(gè)砝碼砝碼是砝碼是否保留否保留試探電壓試探電壓待轉(zhuǎn)換待轉(zhuǎn)換模擬電壓模擬電壓VR10010101000第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路VR -8V100101010005. 5V第第1個(gè)個(gè)CLK 來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)?000第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路VR -8V5. 5V01100?01000?0004V000第第

27、1個(gè)個(gè)CLK 來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)第第2個(gè)個(gè)CLK 來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)?000第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路VR -8V5. 5V0101100 0010?6V1100第第2個(gè)個(gè)CLK來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)第第3個(gè)個(gè)CLK來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)?000第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路VR -8V5. 5V0011010005V？0000？00第第3個(gè)個(gè)CLK來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)第第4個(gè)個(gè)CLK來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)?000第第1212

28、章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路VR -8V5. 5V第第4個(gè)個(gè)CLK來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)5V01000001100000011第第5個(gè)個(gè)CLK來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)？各觸發(fā)器狀態(tài)？0第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路VR -8V100101010005. 5V第第5個(gè)個(gè)CLK來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)000第第6個(gè)個(gè)CLK來到后來到后各觸發(fā)器狀態(tài)各觸發(fā)器狀態(tài)?3位轉(zhuǎn)換只需位轉(zhuǎn)換只需5個(gè)個(gè)CLK時(shí)間時(shí)間n 位轉(zhuǎn)換只需位轉(zhuǎn)換只需n +2個(gè)個(gè)CLK時(shí)間時(shí)間011第二次轉(zhuǎn)換第二次轉(zhuǎn)換5V0第第1212章章 模模/ /數(shù)

29、與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路3. 3. 器件特點(diǎn)器件特點(diǎn) n 位逐次逼近型位逐次逼近型ADC，完成一次轉(zhuǎn)換需要，完成一次轉(zhuǎn)換需要n +2個(gè)時(shí)鐘個(gè)時(shí)鐘信號(hào)周期信號(hào)周期的時(shí)間，轉(zhuǎn)換速度要慢一些，屬于的時(shí)間，轉(zhuǎn)換速度要慢一些，屬于中速中速ADC。而。而并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型ADC一般都是高速一般都是高速ADC。 當(dāng)輸出數(shù)字量位數(shù)較高時(shí)，逐次逼近型當(dāng)輸出數(shù)字量位數(shù)較高時(shí)，逐次逼近型ADC的電路規(guī)的電路規(guī)模比并聯(lián)比較型模比并聯(lián)比較型ADC小很多，小很多，更適于集成更適于集成，可以，可以用于實(shí)現(xiàn)用于實(shí)現(xiàn)高分辨率高分辨率ADC，而，而轉(zhuǎn)換誤差也易于控制轉(zhuǎn)換誤差也易于控制。逐次逼近型逐次逼近型ADC是目

30、前集成是目前集成ADC產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛的形式。的形式。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路四四. . 雙積分型雙積分型ADC1. 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)1. 1. 工作原理工作原理第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路3. 3. 器件特點(diǎn)器件特點(diǎn) 雙積分型雙積分型ADC的的最顯著優(yōu)點(diǎn)是工作性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精最顯著優(yōu)點(diǎn)是工作性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高度高。轉(zhuǎn)換結(jié)果與。轉(zhuǎn)換結(jié)果與R、C 的具體數(shù)值無關(guān)，而且其數(shù)值誤差的具體數(shù)值無關(guān)，而且其數(shù)值誤差也不會(huì)影響轉(zhuǎn)換精度。也也不會(huì)影響轉(zhuǎn)換精度。也不要求使用高穩(wěn)定度的時(shí)鐘信號(hào)不要求使用高穩(wěn)定

31、度的時(shí)鐘信號(hào)源源，只要求時(shí)鐘信號(hào)源在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)（即兩次積分過，只要求時(shí)鐘信號(hào)源在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)（即兩次積分過程中），保持穩(wěn)定即可。程中），保持穩(wěn)定即可。 雙積分型雙積分型ADC的的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)交流，對(duì)交流噪聲有很強(qiáng)的抑制能力，電路結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單。噪聲有很強(qiáng)的抑制能力，電路結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單。 綜上所述，綜上所述，雙積分型雙積分型ADC主要適用于要求轉(zhuǎn)換精度很主要適用于要求轉(zhuǎn)換精度很高，但轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合高，但轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合。 雙積分型雙積分型ADC的的主要缺點(diǎn)是工作速度低主要缺點(diǎn)是工作速度低，目前常見的，目前常見的單片產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換速度一般都在

32、每秒幾十次以內(nèi)。單片產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換速度一般都在每秒幾十次以內(nèi)。第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路12.3.2 12.3.2 A/D 轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)一一. . 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度1. 1. 分辨率分辨率 ADC的分辨率以的分辨率以輸出二進(jìn)制數(shù)或十進(jìn)制數(shù)的位數(shù)輸出二進(jìn)制數(shù)或十進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，表示，用來說明用來說明ADC對(duì)輸入模擬信號(hào)的分辨能力，是對(duì)輸入模擬信號(hào)的分辨能力，是ADC在理論上在理論上能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。3位半十進(jìn)制位半十進(jìn)制 例如：輸出信號(hào)為例如：輸出信號(hào)為 n 位二進(jìn)制數(shù)字量的位二進(jìn)制數(shù)字量的ADC，能分辨的，能分辨的輸入電壓的最小差異為輸入電壓的最小差異為 (1/2n)FSR（最大量程的最大量程的1/2n）。）。4位半十進(jìn)制位半十進(jìn)制輸出十進(jìn)制數(shù)可以從輸出十進(jìn)制數(shù)可以從0到到1999輸出十進(jìn)制數(shù)可以從輸出十進(jìn)制數(shù)可以從0到到19999第第1212章章 模模/ /數(shù)與數(shù)數(shù)與數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換電路模轉(zhuǎn)換電路一一. . 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度2. 2. 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差具體表示時(shí)：具體表示時(shí)： ADC的轉(zhuǎn)換誤差一般的轉(zhuǎn)換誤差一般以最低有效位以最低有效位LSB的倍數(shù)給出。的倍數(shù)給出。