DA轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換器

1、第九章第九章 D/A轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 一、模擬量、數(shù)字量以及二者的相互轉(zhuǎn)換一、模擬量、數(shù)字量以及二者的相互轉(zhuǎn)換第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 連續(xù)變化的物理量稱為連續(xù)變化的物理量稱為模擬量模擬量，模擬量是可以連續(xù)取，模擬量是可以連續(xù)取值的。有規(guī)律但不連續(xù)的變化量稱為值的。有規(guī)律但不連續(xù)的變化量稱為數(shù)字量數(shù)字量，也叫，也叫離散量離散量。數(shù)字量是不能連續(xù)取值的。數(shù)字量是不能連續(xù)取值的。 連續(xù)變化的連續(xù)變化的模擬量模擬量 電壓、電流或頻電壓、電流或頻率等電量率等電量 被控對

2、象被控對象傳傳感感器器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換數(shù)字信號數(shù)字信號 處理后的數(shù)處理后的數(shù)字信息字信息 數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)電的模擬量電的模擬量 D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換執(zhí)執(zhí)行行機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)數(shù)字控制數(shù)字控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖二、二、D/A轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 要將模擬量要將模擬量A轉(zhuǎn)換為數(shù)字量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量D，需要一個(gè)模擬參考量，需要一個(gè)模擬參考量R ，使得使得A = DR 若若 maxA=R 則則 0D1 即數(shù)字量即數(shù)字量D是一個(gè)不大于是一個(gè)不大于1的的n進(jìn)制數(shù)。自然，這里的進(jìn)制數(shù)。自然，這里的D是二進(jìn)制數(shù)：是二進(jìn)制數(shù)： D = a121 + a222 + + a

3、n2n , ai(0, 1) 實(shí)際中通常用一個(gè)參考電壓實(shí)際中通常用一個(gè)參考電壓UREF作模擬參考量。作模擬參考量。 )222(2002211DDDRDRAnnnnn第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 )222(202211nnnnaaaR DR A 注意，注意，A雖是模擬量，雖是模擬量，但并不能取任意值，而只但并不能取任意值，而只能根據(jù)輸入量能根據(jù)輸入量D得到某些特得到某些特定值。定值。ADOLSBD/A轉(zhuǎn)換特性轉(zhuǎn)換特性 三、三、 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 分辨力：分辨力：A/D轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能力。轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能力。 分辨率：分辨

4、率：通常指通常指A/D轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)。轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)。 滿量程滿量程：D/A轉(zhuǎn)換器可輸出模擬量的最大值。轉(zhuǎn)換器可輸出模擬量的最大值。 非線性誤差非線性誤差 ：在滿量程范圍內(nèi)偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最：在滿量程范圍內(nèi)偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值稱為非線性誤差。大值稱為非線性誤差。 第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 也就是最低有效位也就是最低有效位LSB所對所對應(yīng)的模擬量應(yīng)的模擬量 ，記作，記作RLSB 。 顯然位數(shù)越多，顯然位數(shù)越多，D/A轉(zhuǎn)換器所能輸出轉(zhuǎn)換器所能輸出的最小模擬量值也越小，因而分辨力與的最小模擬量值也越小，因而分辨力與分辨率是統(tǒng)一的。有時(shí)對二者不加區(qū)分。分

5、辨率是統(tǒng)一的。有時(shí)對二者不加區(qū)分。 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度：通常以滿量程相對誤差來說明通常以滿量程相對誤差來說明D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。的轉(zhuǎn)換精度。 建立時(shí)間建立時(shí)間：從輸入數(shù)字信號穩(wěn)定到輸出模擬信號穩(wěn)定從輸入數(shù)字信號穩(wěn)定到輸出模擬信號穩(wěn)定所需要的時(shí)間。所需要的時(shí)間。 (u)max為最大絕為最大絕對誤差。對誤差。 溫度系數(shù)溫度系數(shù)：在規(guī)定范圍內(nèi)，溫度變化在規(guī)定范圍內(nèi)，溫度變化1時(shí)，增益、時(shí)，增益、線性度、零點(diǎn)及偏移等參數(shù)的變化量分別稱為增益溫度系線性度、零點(diǎn)及偏移等參數(shù)的變化量分別稱為增益溫度系數(shù)、線性度溫度系數(shù)、零點(diǎn)溫度系數(shù)、偏移溫度系數(shù)。數(shù)、線性度溫度系數(shù)、零點(diǎn)溫度系數(shù)、偏移溫度系數(shù)。 L

6、SBmax2)(Uun 建立時(shí)間決定了建立時(shí)間決定了D/A轉(zhuǎn)換器輸出信號轉(zhuǎn)換器輸出信號所能達(dá)到的最小重復(fù)周期。所能達(dá)到的最小重復(fù)周期。 三、三、 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 四、四、 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 A/D轉(zhuǎn)換的過程，是一個(gè)將模擬信號變換為數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的過程，是一個(gè)將模擬信號變換為數(shù)字信號的編碼過程。的編碼過程。 若模擬參考量為若模擬參考量為R，則輸出數(shù)字量，則輸出數(shù)字量D和輸入模擬量和輸入模擬量A之之間的關(guān)系為間的關(guān)系為 D A/R第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 D

7、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AR（UREF）A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換類轉(zhuǎn)換類似用天平似用天平測量質(zhì)量測量質(zhì)量質(zhì)量天平儀質(zhì)量天平儀mX質(zhì)量天平儀質(zhì)量天平儀mX質(zhì)量天平儀質(zhì)量天平儀mXmmin 數(shù)字?jǐn)?shù)字D永遠(yuǎn)不能精確地表永遠(yuǎn)不能精確地表示被測物體質(zhì)量示被測物體質(zhì)量mx，而只能以，而只能以一個(gè)最小砝碼一個(gè)最小砝碼mmin的精度去逼的精度去逼近。近。 mmin稱為量化單位。無論稱為量化單位。無論mmin多小，總不能是無窮小，多小，總不能是無窮小，由由mmin不能是無窮小而帶來的誤差稱為量化誤差。不能是無窮小而帶來的誤差稱為量化誤差。 量化誤差是不能消除的。量化誤差是不能消除的。但但A/D轉(zhuǎn)換得出的數(shù)字量可以轉(zhuǎn)換

8、得出的數(shù)字量可以提供較模擬量更多的有效數(shù)字，提供較模擬量更多的有效數(shù)字，使得數(shù)據(jù)處理的總體精度大大使得數(shù)據(jù)處理的總體精度大大提高。提高。第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 DAOLSB五、五、 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 分辨力分辨力：A/D轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能力。轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能力。 分辨率分辨率：A/D轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)。轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)。 量化誤差量化誤差：量化誤差通常是指量化誤差通常是指1個(gè)個(gè)LSB的輸出變化所的輸出變化所對應(yīng)模擬量的范圍。對應(yīng)模擬量的范圍。 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度：A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度不僅僅取決于量化轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精

9、度不僅僅取決于量化誤差，而是由多種因素決定的。誤差，而是由多種因素決定的。 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度一轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度一般表示為般表示為nLSB。 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間：完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間。完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間。第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 五、五、 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率：每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。：每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。 轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間不一定是倒數(shù)關(guān)系。轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間不一定是倒數(shù)關(guān)系。 第一節(jié)第一節(jié) D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 兩次轉(zhuǎn)換過程允許有部分時(shí)間的重疊，兩次轉(zhuǎn)換過程允許有部分時(shí)間的重疊，因而轉(zhuǎn)速率大于

10、轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)，這稱作因而轉(zhuǎn)速率大于轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)，這稱作管線（管線（pipelining）工作方式。）工作方式。 例如：例如：一、權(quán)電阻型一、權(quán)電阻型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1REF112nnnRUDiUREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D012nR2REF222nnnRUDi22nR) 1 , 0( ,2210REFREF10iiniiinii DDRURUDiiRf)1 , 0( ,210REFffOiinii DDRUR iRuiR22RR第二節(jié)第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 右圖所

11、示的電路中，設(shè)右圖所示的電路中，設(shè)n=4, UREF =10V, R=100k, Rf=8k, 輸入二進(jìn)制數(shù)碼輸入二進(jìn)制數(shù)碼S3S2S1S0為為1011。試問運(yùn)算。試問運(yùn)算放大器輸出電壓是多少？放大器輸出電壓是多少？解：解：V8 . 8V)122(10010821330REFfOiiiDRURu 權(quán)電阻型權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器中的解碼網(wǎng)絡(luò)所用的阻值范圍很大轉(zhuǎn)換器中的解碼網(wǎng)絡(luò)所用的阻值范圍很大, 特別是當(dāng)分辨率較高時(shí)特別是當(dāng)分辨率較高時(shí), 電阻值的范圍會大得難以實(shí)現(xiàn)。電阻值的范圍會大得難以實(shí)現(xiàn)。 UREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-

12、2 Di D1 D0Rf12nR22nRiR22RR二、二、R-2R 網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)型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)換器虛地虛地2R2RR對地電對地電阻為阻為2R2RR對地電對地電阻為阻為2R2R2R2R2RRRRRfUREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D0IREF2/ IREF2/ IREF)1 , 0( ,2210REFiiniin DDIiiRIUREFREF)1 , 0( ,2210fREFfoiiniin DDRRUiRu 與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)相比，與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)相比，R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)中只有電阻網(wǎng)絡(luò)中

13、只有R、2R兩種阻兩種阻值，從而克服了權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)阻值多、阻值差別大的缺點(diǎn)。值，從而克服了權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)阻值多、阻值差別大的缺點(diǎn)。第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 一、一、A/D轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵部件比較器比較器 A/D轉(zhuǎn)換的過程就是用模擬量轉(zhuǎn)換的過程就是用模擬量A與參考量與參考量R比較的過程，因此，電比較的過程，因此，電壓比較器就成了壓比較器就成了A/D轉(zhuǎn)換器中重要轉(zhuǎn)換器中重要部件。部件。 比較器的輸出為比較器的輸出為 REFXREFX01UuUuD +DuXUREFREFXUu 0REFXUu 1tf(t)O模擬信號模擬信號第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 二、取樣二、取樣保持電路保持

14、電路 所謂取樣就是將一個(gè)時(shí)間上連所謂取樣就是將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的模擬量。的模擬量。 根據(jù)取樣定理，每經(jīng)過一定時(shí)根據(jù)取樣定理，每經(jīng)過一定時(shí)間間隔間間隔TS取出信號的一個(gè)值，只要取出信號的一個(gè)值，只要TS （fm為信號頻帶中的最高頻為信號頻帶中的最高頻率），這些取樣值就可以無損失地率），這些取樣值就可以無損失地表達(dá)原模擬信號。表達(dá)原模擬信號。m21ftf *(t)O76543211TS2TS取樣信號取樣信號3TS4TS5TS6TS7TS8TS第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 二、取樣二、取樣保持電路保持電路 由于對模擬量進(jìn)行量化的由于對模擬量

15、進(jìn)行量化的過程需要一定的時(shí)間，所以為過程需要一定的時(shí)間，所以為保證轉(zhuǎn)換精度，在轉(zhuǎn)換（即量保證轉(zhuǎn)換精度，在轉(zhuǎn)換（即量化）時(shí)間內(nèi)應(yīng)使取樣點(diǎn)的函數(shù)化）時(shí)間內(nèi)應(yīng)使取樣點(diǎn)的函數(shù)值保持不變。值保持不變。 這種暫時(shí)保持由瞬時(shí)取樣這種暫時(shí)保持由瞬時(shí)取樣得到的模擬信號的電路，就是得到的模擬信號的電路，就是取樣取樣保持電路。右圖是一種保持電路。右圖是一種常用的取樣常用的取樣保持電路。保持電路。 uIS(t) +uOR2CTR1S(t)S(t)S(t)S(t)uO= -uC+ -+ -10tWS(t)TS-tW 在取樣脈沖在取樣脈沖S（t）持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間tw內(nèi)內(nèi) ，T導(dǎo)通。輸入信號導(dǎo)通。輸入信號uI經(jīng)開經(jīng)開關(guān)關(guān)T

16、對電容對電容C進(jìn)行充電。只要充進(jìn)行充電。只要充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于取樣信號電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于取樣信號S（t）的持續(xù)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間tw，則輸出信則輸出信號號uO就能跟蹤輸入信號就能跟蹤輸入信號uI的變的變化。化。 當(dāng)取樣脈沖結(jié)束，即在當(dāng)取樣脈沖結(jié)束，即在TS-tw時(shí)間內(nèi)，場效應(yīng)管時(shí)間內(nèi)，場效應(yīng)管T關(guān)斷，因而關(guān)斷，因而電容器上電壓電容器上電壓uC無泄放回路，無泄放回路，保持不變，則保持不變，則uO=-uC也保持不也保持不變。變。 LSB第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 三、并行比較型三、并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 假定被轉(zhuǎn)換的模擬輸假定被轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓入電壓uI在在0UREF范圍內(nèi)范圍內(nèi)變化。取變

17、化。取3位二進(jìn)制數(shù)代位二進(jìn)制數(shù)代表模擬輸入表模擬輸入uI的數(shù)字輸出。的數(shù)字輸出。 采用有舍有入的量采用有舍有入的量化方式，利用電阻分壓化方式，利用電阻分壓把標(biāo)準(zhǔn)電壓把標(biāo)準(zhǔn)電壓UREF分成分成8段段（量化階梯），位數(shù)越（量化階梯），位數(shù)越多，精度越高。多，精度越高。UR1= UREF141R2R2RRRRRRUR2= UREF143UR3= UREF145UR4= UREF147UR6= UREF1411UR5= UREF149UR7= UREF1413UREFLSB/2二進(jìn)制數(shù)輸出二進(jìn)制數(shù)輸出 其中其中6段間隔為段間隔為(1/7)UREF，另外兩段間隔，另外兩段間隔（最初和最末）為（最初和最末

18、）為(1/14)UREF。因此，輸入。因此，輸入模擬電壓從模擬電壓從0到到UREF整個(gè)整個(gè)范圍內(nèi)，它的最大量化誤范圍內(nèi)，它的最大量化誤差都是一樣的，即永遠(yuǎn)不差都是一樣的，即永遠(yuǎn)不會超過會超過(1/14) UREF。010011100101110111 001是在是在(1/7)UREF時(shí)的值。時(shí)的值。在在(1/14)UREF，(3/14)UREF之之間的值和間的值和(1/7)UREF最多相差最多相差(1/14)UREF ，因此，最大量，因此，最大量化誤差不會超過化誤差不會超過(1/14) UREF。000001R8R1參考電壓參考電壓模擬輸入電壓模擬輸入電壓uI UREF141 UREF143

19、UREF145 UREF147 UREF1411 UREF149 UREF1413R2R2RRRRRR分壓器組分壓器組UREFC1C7C6C5C4C3C2uI比較器組比較器組Q6Q4FF7Q7FF6FF5Q5FF4FF3Q3FF2Q2FF1Q1CP 由由7個(gè)個(gè)D觸發(fā)器組成觸發(fā)器組成的同步寄存的同步寄存器組。器組。D2D1D0編碼器編碼器例：當(dāng)例：當(dāng) ， 求輸出的數(shù)字量。求輸出的數(shù)字量。REFIREF145143UuU0000011REFI143Uu REFI141Uu REFI145Uu 001010001010000100D1DIu2DIuIuIuIuIuIuIu0 1 0 1 1 0 0

20、0 0 03/14UREFuI I 5/14UREF 由于各個(gè)比較器的工作過程幾由于各個(gè)比較器的工作過程幾乎是同時(shí)的，所以并行比較型乎是同時(shí)的，所以并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率在所有轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率在所有A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換方案中是最高的。方案中是最高的。 但需要使用大量的比較器。但需要使用大量的比較器。D/ACD/ACD/AC第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 四、串行比較型四、串行比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 串行比較型串行比較型A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器讓模擬信號依時(shí)間順序通過一連器讓模擬信號依時(shí)間順序通過一連串比較器，后面比較器的輸入信號反映了前面比較器的剩余。串比較器，后面比較器的輸入信號反映了前面比

21、較器的剩余。 由于后一位的比較需要使用前一位的結(jié)果，所以這種方由于后一位的比較需要使用前一位的結(jié)果，所以這種方案的轉(zhuǎn)換速率不可能做得很高。但相同分辨率的案的轉(zhuǎn)換速率不可能做得很高。但相同分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，串行比較法較并行比較法少用了大量的比較器。串行比較法較并行比較法少用了大量的比較器。 UREFuIC3D3uX3UR3uY3D2uX2UR2uY2C2D1uX1UR1uY1C1D0 取并行比較型速度快與串行取并行比較型速度快與串行比較型結(jié)構(gòu)簡單之優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成了比較型結(jié)構(gòu)簡單之優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成了折中方案折中方案并并-串比較型串比較型A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器換器。DAC第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

22、五、并五、并-串比較型串比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器UREFuI高位比較器列高位比較器列 首先在高位比較器首先在高位比較器列上實(shí)現(xiàn)高列上實(shí)現(xiàn)高a位位A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果一方面作為高轉(zhuǎn)換結(jié)果一方面作為高位輸出。位輸出。aa位高位比較位高位比較器器a 另一方面加到另一方面加到a位位D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器上將已轉(zhuǎn)換的高位數(shù)字換器上將已轉(zhuǎn)換的高位數(shù)字還原為模擬電壓，再與輸入還原為模擬電壓，再與輸入模擬電壓作減運(yùn)算，并將其模擬電壓作減運(yùn)算，并將其差值放大至差值放大至2a倍。倍。UR12a放大放大UIIb位低位比較位低位比較器器b輸輸出出寄寄存存器器 放大器的輸出放大器的輸出UII由由低位比較器列轉(zhuǎn)換出低低位比

23、較器列轉(zhuǎn)換出低b位數(shù)字，并與高位數(shù)字位數(shù)字，并與高位數(shù)字一同輸出。一同輸出。a+bFF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPuI(t)uOCOCOCO1 uI uO3位碼位碼D/AC電路電路補(bǔ)償電壓補(bǔ)償電壓=（1/2）LSB=0.5V第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 六、逐次比較型六、逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器10004V3.5V4.9V0 逐次比較型逐次比較型ADC工作原理也可工作原理也可用天平測量質(zhì)量來用天平測量質(zhì)量來比照。比照。 模數(shù)為模數(shù)為5的環(huán)型計(jì)的環(huán)型計(jì)數(shù)器。數(shù)器。 例：例：uI(t)=4.9V10000G3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G

24、5G6D2D1D03位碼位碼D/AC電路電路000FF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPuI(t)uOCOCOCO1 uI uO3位碼位碼D/AC電路電路補(bǔ)償電壓補(bǔ)償電壓=（1/2）LSB=0.5VG3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D04.9V6V5.5V0第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 六、逐次比較型六、逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 第二個(gè)第二個(gè)時(shí)鐘脈沖到時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。來時(shí)。0100010001101 第三個(gè)第三個(gè)時(shí)鐘脈沖到時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。來時(shí)。001001010 第五個(gè)第五個(gè)時(shí)鐘脈沖到時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。來時(shí)。000011015V

25、4.5V G4、G5、G6門門開，開，Q3、Q2、Q1數(shù)數(shù)據(jù)傳出。據(jù)傳出。UREF -uIDn-1D1D0CPDQnQn-1Q1Q0uO1uO2CR2S1R1S2第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量時(shí)時(shí)間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。01- +1有效有效0001000101100011010111110001UREF -uIDn-1D1D0CPDQnQn-1Q1Q0uO1uO2CR2S1R1S210001

26、有效有效第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量時(shí)時(shí)間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。0- +100 正電壓正電壓UREF向電容向電容C充電，電容兩端電壓不能充電，電容兩端電壓不能突變，使得突變，使得uo1電壓逐步下電壓逐步下降，但還是正值，降，但還是正值， uo2為負(fù)為負(fù)值。值。 非門輸出維持不變，非門輸出維持不變，還是高電平，使得還是高電平，使得CP信號信號繼續(xù)有效，繼續(xù)有效， 計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。

27、數(shù)。010110001 當(dāng)輸出當(dāng)輸出D為為100時(shí)，時(shí)，uo1小于零，使得小于零，使得uo2信號翻轉(zhuǎn)信號翻轉(zhuǎn)為高電平。為高電平。 此時(shí)非門輸出為此時(shí)非門輸出為0，關(guān)，關(guān)斷斷CP信號，寄存器輸出可信號，寄存器輸出可以作為數(shù)字量輸出。以作為數(shù)字量輸出。0無效無效(式式7.3.2)第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器在開始一定時(shí)間內(nèi)，積分器轉(zhuǎn)換器在開始一定時(shí)間內(nèi)，積分器A1以輸以輸入電壓入電壓uI為被積函數(shù)進(jìn)行積分，然后以與輸入電壓為被積函數(shù)進(jìn)行積分，然后以與輸入電壓uI極性相極性相反的參考電壓為被積函數(shù)進(jìn)行積分，再對積分輸出電壓

28、進(jìn)行反的參考電壓為被積函數(shù)進(jìn)行積分，再對積分輸出電壓進(jìn)行過零比較。過零比較。 UO2UO1斜率斜率1ICRuUO1t0t1T1（常數(shù)）斜率斜率1REFCRUt2T2D的正向電壓的正向電壓-0.75V-0.75V（ t0tt1，uI0 ） dt1I11OuCRU10 I11Odt1ttuCRU11I 0 I1|dt11TCRuuCRT式中：式中：T1= t1 - t0, t0 = 0, uI0。（t t = = t t2 2） 21 REF11O1Odt1ttUCRUU2 0 REF11Odt1TUCRu021REF1OTCRUU21REF1OTCRUU(式式7.3.4)第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 =11ITCRu |21TCRUREF1I2TUuTREF|CIC22 TUuTTnREF|nUu2IREF|七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器U02U01斜率斜率1iCRuU01t0t1T1（常數(shù)）斜率斜率1REFCRut2T2D的正向電壓的正向電壓-0.75V-0.75V將式（將式（7.3.2）代入式（）代入式（7.3.4）得）得 ADC0809是是8位位CMOS逐次比較型逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，具轉(zhuǎn)換器，具有有8個(gè)輸入通道，可直接選通個(gè)輸入通道，可直接選通8路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 輸出設(shè)有三態(tài)輸出設(shè)有三態(tài)TTL鎖存緩沖器，便于和各種微