基礎(chǔ)學(xué)科第五講輸入輸出通

1、2014/8/62模擬多路開(kāi)關(guān)2014年8月6日9時(shí)9分8采樣單元v 作用：把各路模擬量分時(shí)接到AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)各路模擬量分時(shí)采樣。v 組成：開(kāi)關(guān)矩陣及邏輯電路。 開(kāi)關(guān)矩陣 模擬開(kāi)關(guān)的組合; 邏輯電路 在軟件或通道電路的下，以一定速度，按順序輸入被測(cè)模擬信號(hào)。如： CD405lv 模擬多路開(kāi)關(guān)2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)7電流/電壓變換電路放大倍數(shù) A=（R3+R4)/R3無(wú)源I/V變換電路有源I/V變換電路取R1=100，R2=500，當(dāng)輸入電流在0 -10 mA時(shí)，輸出電壓05V取R1=200，R3=100k，R4=150k，則輸入電流 I

2、 :0 10 mA,電壓輸出V為0 5 V取R1=100，R2=250，當(dāng)輸入電流為4 -20 mA時(shí)，輸出電壓1 5 V取R1=200，R3=100k，R4= 25k，則輸入電流 I :4 20 mA,電壓輸出V為1 5 V總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)信號(hào)調(diào)理電路在系統(tǒng)中，對(duì)被控量的檢測(cè)往往采用各種類型的測(cè)量變送器，當(dāng)它們的輸出信號(hào)為0 10 mA或4 20 mA 的電流信號(hào)時(shí)，一般是采用電阻分壓法把現(xiàn)場(chǎng)傳送來(lái)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，以下是兩種變換電路。1. 無(wú)源I/V變換2. 有源I/V變換2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)52014/8/63無(wú)譯碼器

3、的多路開(kāi)關(guān)2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)12概述2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)11概述2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)10v 計(jì)算機(jī)的工作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于被測(cè)參數(shù)的變化，一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可供幾十個(gè)檢測(cè)回路使用，但計(jì)算機(jī)在某一時(shí)刻只能接收一個(gè)回路的信號(hào)。所以，必須通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)多選1的操作，將多路輸入信號(hào)依次地切換進(jìn)來(lái)；v 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的多路開(kāi)關(guān)種類很多，功能有所不同，如： 集成電路CD4051(雙向、單端、8路)、 CD4052(單向、雙端、4路)、 AD7506(單向、單端、16路)等v 所謂雙向

4、，就是該 既可以實(shí)現(xiàn)多到一的切換，也可以完成一到多的切換；而單向則只能完成多到一的切換。雙端是指芯片內(nèi)的一對(duì)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作，從而完成差動(dòng)輸入信號(hào)的切換，以滿足抑制共模干擾的需要2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)92014/8/64有譯碼器的多路開(kāi)關(guān)（AD7501，單向）EN A2 A 1 A 0A 1116A 0UDD電平轉(zhuǎn)換GND215USS(V)EN3AD 14UDDA 24 7501 13S1地譯碼驅(qū)動(dòng)S 85OUT12OUTUSS.S 7611S 2(-15V)S 6710S 3.S589S 4S1S8AD7501（AD7503）結(jié)構(gòu)及引腳功能片上所有邏輯輸入

5、與TTLDTL及CMOS電路兼容。AD7503 除EN 端的邏輯電平相反外, 其它與AD7501相同2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)16模擬多路開(kāi)關(guān)v 作用：在多路被測(cè)信號(hào)共用一路A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,將多路被測(cè)信號(hào)分別傳送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換；v 集成電路開(kāi)關(guān)：集成電路開(kāi)關(guān)是將場(chǎng)效應(yīng)管多路開(kāi)關(guān)、地址計(jì)數(shù)器、譯碼器及電路等集成制造在一塊芯 片上而的器件，除了具有場(chǎng)效應(yīng)管的特性外，還 具有體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)；2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)15有譯碼器多路開(kāi)關(guān)與多路分配器v AD7501v CD4051v ADG406v

6、CD22100v 多路開(kāi)關(guān)的擴(kuò)展2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)14無(wú)譯碼器的多路開(kāi)關(guān)2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)132014/8/6AD750AD多路擴(kuò)15一通道CD40定405輸可傳模施5CD4051結(jié)構(gòu)及引腳功能(雙向，8路）INHINHCBA S S .SIN/SOU:TIN/OUT7 61 069 10 10 11S4116 16DDU DD DDU D1D6 16SS( V)電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換6215 15 2(OUT/IN)Sm(OUSTm/IN3)14 1 4 S 18S74CD C13D 13 S0地譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)

7、動(dòng)S5 40514051S35INHINH 611AEEU EE 7EEU EE 710 10 BV) ( -15V) (-GNDGND89C3 24 215 515 1 114 141213 13Sm SSm7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S04051CD CD4開(kāi)05關(guān)1 接通哪51CD84通05道1為單刀結(jié)構(gòu)形式，它雙向使用的，輸即入可， 由 一通道由輸， 入的3用于多到一的切換輸出， 也可用于一到多的輸出位切地?fù)Q址碼AB來(lái)C位決地定址AB碼C 來(lái)決1CD CD4還05設(shè)1還有設(shè)另有外另一外個(gè)一電個(gè)源電端E源VE 端，EE 以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工

8、S作OC的MS電O路C所M提供的數(shù)字信號(hào)能直接這種多開(kāi)關(guān)種多路使并這使這，種并多路，開(kāi)路關(guān)開(kāi)可關(guān)傳輸峰路峰峰開(kāi)值值關(guān)達(dá)15V的交流信例號(hào)擬如;若，模 例如擬，若開(kāi)關(guān)的供電電源DVD D=D5V，GND=0V，當(dāng)EVE =EE10V時(shí)，只要對(duì)此模擬開(kāi)關(guān)加施加5V0的數(shù)字信號(hào)，就可幅度范圍為10V的5模V擬信號(hào)。2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)20展多路擴(kuò)展C若S ，=C則2S0：H，則：若要選通第1 路輸出，給出地址低4位。若要選通第5 路輸出，給出地址低4位。C若要選通第16路輸出，給出地址低4位。CAD7501，AD7502，AD7503都是單向、多到一的多路開(kāi)

9、關(guān)， 即信號(hào)只從多個(gè) (8個(gè)) 輸入端向一個(gè)輸出端傳送2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)19S C有S效（低電平）A、3A高3電平則選中上面一片，S C有S效（低電平）A、3A低3電平則選中下面一片。25結(jié)02構(gòu)芯及片引結(jié)腳構(gòu)功及能引（腳雙功四能路（單雙向四）路單向）A1116 16 A0GNDGND215 15 SUUS SSEN EN A1 A0EN EN 314 14 DDU DD(O5U8T)OUT4AD A13D 13 S1US875027502OUT(O1U4T)5(V)S7611S2地譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng)S6710 10 S3S589S4SUUS SS (

10、-15V) A1 A0EN接通通道0011 、 5OUTOUST1 S 4 S5 SO8UTOUT0112、6 1013、7 1114、8 × ×0無(wú)適合雙端輸入2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)18AD7501真值表導(dǎo)通導(dǎo)通0001100112010130111410015101161101711118×××0無(wú)7503E除除AND750E端3N的邏輯電平相其反它外與,AD7501其它相與同AD75相01同2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)17ENA 0A1A 22014/8/6DD輯范

11、峰CD40562014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)241 真值表CD4051真值表開(kāi)關(guān)接通 INHCBA位置0000S0Sm0001S1Sm0010S2Sm0011S3Sm0100S4Sm0101S5Sm0110S6Sm0111S7Sm1×××無(wú)2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)23CD4組05成l ：組成：邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制譯8碼個(gè)器開(kāi)及關(guān)電路。CD4051引腳功能說(shuō)明主要特性： 直流供電電源：DVD DD+5VV，數(shù)字信號(hào)電位變化范圍：315V V15輸入模擬信號(hào)：IUN IN EVE但峰EE峰DVD值D

12、D但1峰5V峰值2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)22引腳號(hào)符號(hào)功能1 2 4 5 12 13 14 15IN/OUT輸入/輸出端9 10 11A B C地址端3OUT/IN公共輸出/輸入端6INH端7VEE模擬信號(hào)接地端8GND數(shù)字信號(hào)接地端16VDD電源+v 當(dāng)模擬開(kāi)關(guān)的供電電源DVD D=D5V， GND=0VA，B則CA數(shù)B字C信號(hào)以及其他部分就都可以使用5V邏SU的了因?yàn)檩嫷牧艘?此為是時(shí)V5：V。此時(shí)：4 116 16DD DD DDS62S2 當(dāng)EVE =EE5V時(shí)，模擬信號(hào)幅(OU度T/IN)Sm(OUSTm/IN3)14 14 S 1圍為范5V圍為

13、5V5；5S74CD C13D 13 S0 S5 40514051S512 12 3 當(dāng)EVE =E模E擬8V信時(shí)號(hào),幅度范 幅度范模擬信INH號(hào) INH 611A圍為圍8V為85V；5EEU EE 710 10 B GNDGND89Cv EVE E就E 是電子開(kāi)關(guān)的8個(gè)輸入端可以的信號(hào)范圍下限 ，注意該信號(hào)范圍不要超過(guò)它的極限參數(shù)：峰值達(dá)15V峰值V1達(dá)。52014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)212014/8/67信號(hào)連接方式雙端接法v 雙端接法：把所有輸入信號(hào)源的兩端各自分別接至多路開(kāi)關(guān)的輸入端；v 優(yōu)點(diǎn)：抗共模干擾能力強(qiáng)當(dāng)信號(hào)源的信噪比較小v 缺點(diǎn)：只能使用系統(tǒng)

14、的一半通道時(shí)，必須使用此接法RS1US1RRfS2Ucm1-US2UO+RSnUcm2 USnUcmn2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)28AD7502、CD4062等信號(hào)連接方式單端接法v 單端接法：把所有輸入信號(hào)源的一端接至同一信號(hào)地，另一端各自接至多路開(kāi)關(guān)的相應(yīng)輸入端；僅適用于所有輸入信號(hào)均參考一個(gè)點(diǎn)位的情況。v 優(yōu)點(diǎn)：能使用系統(tǒng)的全部通道v 缺點(diǎn)：抗共模干擾能力差RRS1S1US1Ucm1US1RfRfRS2URS2Ucm2 US2-S2 .-.UO.UO.+.+.R.URSnUUSnSncmnSnUcm模擬地信號(hào)地模擬地（B）信號(hào)地與模擬地很接（A）信號(hào)地

15、與模擬地相離較遠(yuǎn)近，但實(shí)際很難做到2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)2732路選1電路A0A1 A2 A3 A4用ABC 三條地 址線選擇片內(nèi)芯片的8路信號(hào)用E和D兩條線選擇4個(gè)地址INH0INH3用一條地址線FINH4輸出禁F A5止輸出23路信號(hào)的地址是？2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)26通道的擴(kuò)展v 并接兩片CD4051B，就可以擴(kuò)展成為十六選一的模擬多路開(kāi)關(guān)v 注意：兩片連續(xù)擴(kuò)展成十六選一模擬開(kāi)關(guān)，同樣可以實(shí)現(xiàn)多傳一或一傳多的雙向傳輸，類似的模擬多路開(kāi)關(guān)，也可以擴(kuò)展成為三十二選一的模擬多路開(kāi)關(guān)2014年8月6日9時(shí)9分總目錄

16、章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)252014/8/68ADG406v 特點(diǎn)： 模擬信號(hào)范圍為VSS < Vi <VDD； 低電阻(80最大值） 低功耗 快速切換 先斷后合開(kāi)關(guān)動(dòng)作v ADG406為CMOS 模擬多路復(fù)用器。ADG406根據(jù)4位二進(jìn)制地址線A0、A1、A2和A3所確定的地址，將16路輸入之一切換至公共輸出。v 提供EN輸入，用來(lái)使能或禁用器件。禁用時(shí)，所有通道均關(guān)斷。2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)322014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)312014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)304051應(yīng)

17、用v 作為量程切換的通道選擇。2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)292014/8/6ADCD2210使所9CD22100內(nèi)部邏輯圖2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)360C的D引22腳10排0的矩列引陣圖腳開(kāi)排關(guān)列圖矩陣開(kāi)關(guān)v CD是22一210個(gè)0是´一4的個(gè)開(kāi)4關(guān)陣列，它有一個(gè)4線1線6 線16編碼器和16 16個(gè)鎖存電路。v 通過(guò)正確輸入4線的地址可以選擇16 個(gè)開(kāi)關(guān)中的任何一 。當(dāng)可ST以B“通” 過(guò) S為T高B”電以通過(guò) 為高電，D“D的I電電” 平使高被低選，使被選擇的開(kāi)關(guān)立即打開(kāi)或關(guān)閉。v 當(dāng)CD22100上關(guān)電的

18、后個(gè)，16開(kāi)16關(guān)的個(gè)開(kāi)狀態(tài)是不確定的， 因此應(yīng)該使、STB“平” 、為S高T電B”D電I”為平低為D高I”電“電為低有 平 ，使所16有1個(gè)6平個(gè)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)全全部部關(guān)關(guān)閉。閉2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)35G406406真AD值G 表ENA3A2A1A0D10000S110001S210010S310011S410100S510101S610110S710111S811000S911001S1011010S1111011S1211100S1311101S1411110S1511111S160´´´´斷開(kāi)2014年8月6日

19、9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)342014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)332014/8/6把10采樣保持器的工作原理v 采樣保持器的一般結(jié)構(gòu)形式如圖模擬信號(hào) UiAUOCH（驅(qū)動(dòng)）信號(hào)模擬地模擬開(kāi)關(guān)K 組成 電容CH緩沖放大器A2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)40采樣保持器的主要用途v 保持采樣信號(hào)不變，以便完A成/D轉(zhuǎn)換A/D 轉(zhuǎn)換v 同時(shí)采樣幾個(gè)模擬量，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和測(cè)量減少v D/A減少D轉(zhuǎn)/A換轉(zhuǎn)器換的器輸?shù)某鲚斆龃堂虖?，而從消而除消輸除出輸電出壓電的壓峰的峰值及縮短穩(wěn)定輸出值的建立時(shí)間一個(gè)vD/A把一D轉(zhuǎn)

20、個(gè)/A換轉(zhuǎn)器換的器輸?shù)某鲚敺殖雠浞值脚鋷椎絺€(gè)幾輸個(gè)出輸點(diǎn)出，點(diǎn)以，保以證保證輸出的穩(wěn)定性2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)39采樣保持2014年8月6日9時(shí)9分38CD22100通道真值表STBSTBDI DIDCBA相應(yīng)交叉點(diǎn)110000Y1X1Y1X1110001Y1X2Y1X2110010Y1X3Y1X3110011Y1X4Y1X4110100X1 Y2110101Y2X2Y2X2110110Y2X3Y2X3110111Y2X4Y2X4111000Y3X1Y3X1111001Y3X2Y3X2111010Y3X3Y3X3111011X4 Y2111100Y4X1

21、Y4X1111101Y4X2Y4X2111110Y4X3Y4X3111111Y4X4Y4X400´´´´斷開(kāi)斷開(kāi)2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)372014/8/611采樣保持器的工作原理v 采樣保持器是指在邏輯電平的 下處于“采樣”或“保持”兩種工作狀態(tài)的電路；理想采樣合上開(kāi)關(guān)S，則用與模擬波形振幅相等的電壓給電 容CH充值（采樣），斷開(kāi)S，則保持電容的充電電 壓輸出并保持不變（保持）v 在采樣狀態(tài)下，電路的輸出跟蹤輸入模擬信號(hào)，在保持狀態(tài)下，電路的輸出保持著前一次采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬時(shí)輸入模擬信號(hào)，直到進(jìn)入下一次采樣狀態(tài)為止

22、。v 從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)對(duì)Vi的采樣，V0的小平臺(tái)電壓值保持到下一次的采樣開(kāi)始，該穩(wěn)定的“小平臺(tái)”電壓供A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)44采樣保持器的工作原理v 采樣保持器具有兩個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài) 跟蹤狀態(tài)：在此期間它盡可能快地接收模擬輸入信號(hào)，并精確地跟蹤模擬輸入信號(hào)的變化，一直到接到保持指令為止； 保持狀態(tài)：對(duì)接收到保持指令前一瞬間的模擬輸入信號(hào)進(jìn)行保持。v 采樣保持器主要起以下兩種作用 “穩(wěn)定” 快速變化的輸入信號(hào)，以減少轉(zhuǎn)換誤差 用來(lái)儲(chǔ)存模擬多路開(kāi)關(guān)輸出的模擬信號(hào)，以便模擬多路開(kāi)關(guān)切換下一個(gè)模擬信號(hào)2014年8月6日9時(shí)9分總目

23、錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)43采樣保持器的工作原理控制跟蹤工作原理如下：信號(hào)而在t2時(shí)刻，保持結(jié)束，A新一個(gè)跟蹤時(shí)刻到 來(lái)，模擬此時(shí)信號(hào)又為高電輸入平，模擬開(kāi)關(guān)K 重新閉合， CH 端電壓UC 又跟A隨Ui 變化而變 化；采t 時(shí)刻，信號(hào)為低樣3輸電，模擬開(kāi)關(guān)K斷出開(kāi)，。t1 t2t3t4采樣保持器工作原理器是一種用邏輯其工作狀態(tài)的器件2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)42采樣 電平保持保持采樣保持器的工作原理控制跟蹤工作原理如下：信號(hào)在t1時(shí)刻前，電路的驅(qū)t動(dòng)信號(hào)為高電，模擬開(kāi)A模關(guān)K 閉合，模擬輸入信號(hào)Ui擬通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)加到電容CH輸入上，使得CH端電壓U

24、C 跟隨tUi 變化而變化。A在t1時(shí)刻，信號(hào)為低電采平，模擬開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，此時(shí)樣電容CH 上的電壓UC 保持輸出模擬開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間的Ui 值ttt不變并等待AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)12換。采樣保持器工作原理2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)412014/8/6用(源通高012孔徑誤差常用的集成保采持樣器/保持器v 按照集成型采樣/保持器的性能可分為如下幾類用采樣通保用持采器持如：器芯片例AD如58A2D、AD583、LF198、等速采樣高保速持采器持如：器芯片例HT如S-H0T02S5、0T0H0S6-000T6H-、CT- HC 1500以及1500A以D及SHADMS-H5等

25、M 高分辨率采樣/保持器：如：例SH如AS111H4A4、AD以3及89以及6等 超高速采樣/保持器：如0例T壓0H0如擺S1-率（0001-壓300擺V率/（s）30及H0（3T0C壓0-擺率0300-（250壓）V擺/等率s 250）等2014年8月6日9時(shí)9分章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)48采樣保持集成L LFl98v 主要特性：v 供電電源：±5V±18V；v 信號(hào)獲取時(shí)間：<10s；v 可以和TTL、PMOS、CMOS邏輯輸入兼容；v 典型保持電容：1000pF、0.01F。2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上 頁(yè) 下 頁(yè)LF198/LF298

26、/LF398各引腳功能v IVN ：IN 模擬量電壓輸入v OUVTO：UT模擬量電壓輸出 邏v輯(Logic)邏輯 (和Lo邏gi輯輯c) 參考電平(Logic Reference)：邏輯來(lái)控 及邏輯，參用考來(lái)控電平及邏輯參考電平， 制采樣保持器的工作方式O偏vF置FSET)偏置(：O偏偏FF差SE調(diào)T整)引腳引腳vCHC：H保持電容引腳vV+V，+V-：采樣保持電路電引腳源引腳2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)46采樣保持器的類型和主要性能參數(shù)孔徑時(shí)間使采樣時(shí)刻延遲，由于孔徑時(shí)間的存在而產(chǎn)生孔徑誤差孔徑誤差：采樣保持器實(shí)際保持的輸出值與希望輸出值之差。模擬信號(hào)模

27、擬信號(hào)實(shí)際輸出實(shí)際輸tAP 希望的輸出 捕捉時(shí)間：指當(dāng)采樣保持器從?？讖絫不ST 定孔徑不持狀態(tài)轉(zhuǎn)到跟蹤狀態(tài)時(shí)，采樣保持定器的輸出從保持狀態(tài)的值變到當(dāng)間前的輸入值所需的時(shí)間捕捉時(shí)間不影響采樣精度，但對(duì)采樣頻率的提高有影響t保持指令發(fā)出時(shí)刻為了量化的準(zhǔn)確，應(yīng)在發(fā)出保持指令后延遲一段時(shí)間，再啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換。2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)45在tAP后的輸出還有一段波動(dòng)， 經(jīng)過(guò)一定時(shí)間tST后才保持穩(wěn)定AP孔徑：AP時(shí)保間持t指令給出瞬間到模擬開(kāi)關(guān)有效切斷所經(jīng)歷的時(shí)間捕捉時(shí)間捕捉時(shí)tAP孔徑時(shí)間保持保持tAC跟蹤出孔徑不定tAP ：孔徑時(shí)間的變化范圍2014/8/6時(shí)不

28、變換型/A原理D/A權(quán)電阻電路轉(zhuǎn)換原理I權(quán)電阻R / 2n - 1R / 2N =å D2i求和電路BiI-i = 0R-+I3uO8R4R2RRuSO3I0 S1 I1S2 I2S3I3S0VREFd=0d=1=03 3VREFd雙向模擬開(kāi)關(guān)MSB 3LSBddddMSB0123“權(quán)電阻”相：關(guān)電阻值的大小與對(duì)應(yīng)數(shù)字量的權(quán)重密切?！半娮娱_(kāi)關(guān)”：d = 1 時(shí)，S 接V； d = 0 時(shí)，S 接地 。iiREFii“求和電路”：相加并運(yùn)放組成反相求和電路實(shí)現(xiàn)各支路電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出。51總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)2014年8月6日9時(shí)9分13權(quán)電阻換型/A原理D/A轉(zhuǎn)換原理

29、理工作原運(yùn)放工作性區(qū)，n - 1N =D2iR / 2B å ii = 0I-8R4R2RR+uO虛地，U+=U-=0。若di=0，®Si接地，®Ii=0若di=1，®Si接VREF，S0 I0 S1 I1S2 I2S3 I3VREFVREFVI0= 8RI1= 4RREFVREFVREFLSBd0d1d2d3 MSBI2= 2RI3= RI = I3 + I2 + I1 + I0I = VREF( 8d 3+4d 2 +2d1+ 0d )8RVu=-R I=-VREd8F+d4+d2+ =d ) - REF NO2(32104B163210i 22d2

30、+ 3 d2+ 2d1 + 20d=åi2di 0= -N1輸入的數(shù)字量D/A轉(zhuǎn)換原理v v可變?cè)鲆娣糯箅娐?虛短路u+ = u- 虛開(kāi)路 I = 0IA 放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)。VR=-VoRiR f調(diào)整增 當(dāng) V當(dāng)調(diào)RV整R 增， 時(shí)，不變=V-R f=R-If f ，i i ，oV Rfi 將隨之變化Ri2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)50數(shù)模轉(zhuǎn)換D器/AD/AD/A轉(zhuǎn)換器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)譯碼器（器），將輸入的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，并以電壓或電流的形式輸出。2014年8月6日9時(shí)9分492014/8/6權(quán)電阻型/A原理D/A倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)

31、換原理電路特點(diǎn)工作原理工作原理電路特點(diǎn)： RF R / 2（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；（2） 電阻的阻值相差較大，在位數(shù)多時(shí)，很I-+ VO 8R4R2RRuO難保證精度。I0 SI1SI2SI3SVREF0123K電壓LSBd0d1d2d3MSBVFRE= - REF N對(duì)于n位的DAC，輸出電壓的計(jì)算式為：u電路中 電阻只有R和2R兩種并倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)。OB2nn -21當(dāng)di=1時(shí)，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)Si接到求和點(diǎn)；當(dāng)di=0時(shí)，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)Si-輸出電壓的范圍：0VREF極性與參考電壓相反。接地。但由于虛短，求和點(diǎn)和地相連，所以不論開(kāi)關(guān)如何轉(zhuǎn)向，2nd4電阻2R總是與地相連。流經(jīng)2R電阻上的支路電流與開(kāi)關(guān)狀

32、態(tài)無(wú)關(guān)。VRV+d2+= d)- REF Nu=- I=-(REd8F+O321024B2165354總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)2014年8月6日9時(shí)9分2014年8月6日9時(shí)9分14倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器流入求和點(diǎn)的電流為：n -1n-1 VVn-1I å = å Ii = å RE(F d ´2i)= REF å(d ´ 2i)2n Ri2n Rii = 0i=0i =0KNB運(yùn)算放大器的輸出電壓為：=-= V-R× ån-1 ×i = ´v

33、ORF å IREFFdi2KN2nRBi =0即輸出的模擬電壓uO正比于輸入的數(shù)字量NB，從而實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)56倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器求和點(diǎn)工作原理RF虛地VO I IFRE2R2RR I 2R2IR2RR42V從每個(gè)節(jié)點(diǎn)向左看，等效電阻均為2R；I = REF 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的等效輸入電阻為R。R流入求和點(diǎn)的各支路電流為：I= d I = VRE(F d´2i)ii 2n - i2n Ri2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)55I 28RVEFI82 I 4I16RVE

34、F和2014/8/6D/但較共D/轉(zhuǎn)A、分定，率15換器D的/A主要技的術(shù)主指要標(biāo)技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器DACD的A主C要的技主術(shù)要指技標(biāo)術(shù)有指：標(biāo)轉(zhuǎn)有換：精度、轉(zhuǎn)換速度等。DACD的A轉(zhuǎn)C換的精轉(zhuǎn)度換通精常度用通分常辨用率、轉(zhuǎn)換來(lái)誤描差述來(lái)描述。辨率1、分辨率分辨率用于表D征/AD轉(zhuǎn)/A換器對(duì)輸入微小量變化的敏感程度，指 D/A 轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量 。義為D/A定義D轉(zhuǎn)為/A換轉(zhuǎn)器換的器模的擬模輸擬出輸電出壓電可壓能可被能分被離分的離等的級(jí)等數(shù)級(jí)。數(shù)DnA位CDA2Cn個(gè)有不同的模擬量輸出值，即個(gè)能等分級(jí)辨，2n個(gè)等級(jí)實(shí)際中通常用輸入數(shù)字量的有效位表數(shù)示D的A分C表辨示率DAC的分如辨1

35、0率位、8,顯然位數(shù)越多，分辨率越高DA用CD的A最C小的非最零小輸非出零電輸壓出與電最壓大與輸最出大之電輸比壓出電壓之來(lái)比表示來(lái)分表示辨分率辨:= Vo min= 1= 1分辨率nnVo max 2- 1 22014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)60享 D/A共享轉(zhuǎn)D/A換器結(jié)構(gòu)共享v D/A共享D轉(zhuǎn)/A換轉(zhuǎn)器換結(jié)器構(gòu)結(jié)形構(gòu)式形的式原的理原如理圖如圖分時(shí)工作，節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器，但因?yàn)榉謺r(shí)工作，速率不高， 輸出采樣保持時(shí)間可能較長(zhǎng)，故可靠性較差。2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)59A轉(zhuǎn)D/A換器的選用v 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)D多多/AD轉(zhuǎn)/

36、A換轉(zhuǎn)器換結(jié)器構(gòu)結(jié)D構(gòu)多/AD轉(zhuǎn)/A換轉(zhuǎn)器換結(jié)器構(gòu)結(jié)形構(gòu)式形的式原的理原如理圖如圖CP與U接口緩沖器傳遞信息，轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠、多的D/A但較D，多/A成的，本成高本。高。2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)58倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電阻種類少，只有R和2R，提高了制造精度； 而且支路電流同時(shí)流入求和點(diǎn)，不存在時(shí)間差，因而提高了轉(zhuǎn)換速度。應(yīng)用：它是目前集成D/A轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換速度較高且使用較多的一種，如8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832，就是采用倒 T型電阻網(wǎng)絡(luò)。RFVOREVFREF2014/8/616模擬量輸出通道設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題v D/A轉(zhuǎn)換的選擇原

37、則 選擇D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)， 主要考慮的性能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性。 數(shù)字輸入特性：包括接收數(shù)字量的編碼形式、數(shù)據(jù)格式及邏輯電平等; 輸出特性：指D/A轉(zhuǎn)換器輸出電量特性(電壓還是電流) 鎖存特性及轉(zhuǎn)換：D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入數(shù)字量是否具有鎖存功能，將直接影響與CPU的接口設(shè)計(jì); D/A轉(zhuǎn)換器的形式：模擬量輸出通道不論采用何種結(jié)構(gòu)形式， 總是需要解決D/A轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)的接口問(wèn)題，如串口、并 口、八位、16位等; 參考電源：D/A轉(zhuǎn)換中參考電壓源是唯一影響輸出結(jié)果的模擬參量，是D/A轉(zhuǎn)換接口中的重要電路，對(duì)接口電路的工作性能、電路結(jié)構(gòu)都有很大影響;2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一

38、頁(yè)64D/A 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)v 轉(zhuǎn)換速度、建立時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間：從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開(kāi)始，到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)定值相差±0.5LSB范圍內(nèi)所需要的時(shí)間，稱為建立時(shí)間。目前單片集成D/A轉(zhuǎn)換器（不包括運(yùn)算放大器）的建立時(shí)間最短達(dá)到0.1微秒以內(nèi)。v 溫度系數(shù)：在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。v 電源抑制比：滿量程電壓變化的百分?jǐn)?shù)與電源電壓變化的百分?jǐn)?shù)之比v 線性度：D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)際轉(zhuǎn)移特性與理想直線之間的最大誤差或偏差2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)63轉(zhuǎn)換

39、精度表示轉(zhuǎn)換后所得的實(shí)際值和理論值的接近程度，它和分辨率是兩個(gè)不同的概念。例如，滿量程時(shí)的理論輸出值為 10V ，實(shí)際輸出值是在9.99V10.01V之間，其轉(zhuǎn)換精度為±10mV。對(duì)于分辨率很高的D/A轉(zhuǎn)換器并不一定具有很高的精度2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)62D/A 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換誤差：指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。（1）造成轉(zhuǎn)換誤差的主要：參考電壓VREF的波動(dòng) 比例系數(shù)誤差運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移失調(diào)誤差模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通電壓非線性誤差電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻值偏差等（2）轉(zhuǎn)換誤差的表示方法：用最

40、低有效位的倍數(shù)表示。如：某個(gè)DAC的轉(zhuǎn)換誤差為1/2LSB，表示輸出模擬電壓與理論值之間的絕對(duì)誤差小于等于輸入數(shù)字代碼為001時(shí)輸出電壓的一半。用輸出電壓滿刻度的百分?jǐn)?shù)表示。如：1（FSR）2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)612014/8/617雙極性電壓輸出0 -5V5V -5VV= R (I + I ) = ( R3 V+ R3 V)Vref=5Vout 23 21R2 out1R1 refV= -( R3 V+ R3 V) = -(2V+ V) Vout1=-2.5V Vout2=0Vout 2R2 out1R1 refout1ref V =-5V V =5

41、Vout1out22014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)68Vout1=0VVout2=-5Vv 單極性電壓輸出時(shí)數(shù)字量與模擬量之間的關(guān)系2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)67數(shù)字量模擬量MSBLSB11111111± Vref 25525610000001± Vref 12925610000000± Vref 12825610000011± Vref 13125600000000± Vref 0256單極性輸出v 數(shù)字輸入碼與模擬輸出電壓的極性雙極性輸出單極性電壓輸出對(duì)于電流輸出型 D/A

42、轉(zhuǎn)換器中， 要求Iout2 端接地， 在另一端Iout1 加上一級(jí)電壓放大器， 就可滿足電壓輸出要求。DAC0832單極性電壓輸出電路2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)66如圖Iout1接至反向輸入端，所以Vout與VREF反向。v 參考電壓源的配置 常用的D/A轉(zhuǎn)換器大多不帶有參考電壓源，有時(shí)為了方便地改變輸出模擬電壓的范圍、極性，需要配置相應(yīng)的參考電壓源VinVouta簡(jiǎn)單的b帶運(yùn)算放大器的c帶運(yùn)算放大器的 d帶緩沖放大器的穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路集成電壓源幾種參考電壓源電路a、d較為常用2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)652014

43、/8/6/模數(shù)性能轉(zhuǎn)換器D結(jié)電120，送入，以便DAC083118DAC0832v DA片C為083單32位換數(shù)器片模為轉(zhuǎn)單位8數(shù)/換器模轉(zhuǎn)，可以直接與微片機(jī)內(nèi)接有口。片RR內(nèi)-有2R。構(gòu)的結(jié)型構(gòu)電的阻T網(wǎng)絡(luò)，用以對(duì)參考電壓提供的兩條回路分別產(chǎn)生兩個(gè)流信號(hào)1OU電T 流1信2和OOUU號(hào)ITT I 2。OUDDT AC0832采用8位輸入寄存器和D8A位器C 寄存DAC 器寄存二次緩沖方式，這樣可以D在在/AD輸/A下一個(gè)待轉(zhuǎn)換的二送入下出一的個(gè)同待時(shí)轉(zhuǎn)，換的二 出的同時(shí)提高轉(zhuǎn)換速度 進(jìn)以制便數(shù)提據(jù)高，轉(zhuǎn)換速度。進(jìn)每制數(shù)據(jù)個(gè)輸入數(shù)據(jù)為8位，可以直接與8位微機(jī)數(shù)據(jù)總線相連接，其邏輯電平TT與LT電T平L電相平兼相容兼容2014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)72DAC0832性能DAC0832/AØØ轉(zhuǎn)換器位D/A 8位 一個(gè)8一個(gè)Ø 電流輸出方式ØØs穩(wěn)定時(shí)穩(wěn)間定為時(shí)間為1s腳雙Ø立直插式腳封雙裝立直插采式用封20裝 采用Ø、同DA系C列08還DA有C0830、同系列還有 DAC08302014年8月6日9時(shí)9分總目錄 章目錄 返回 上一頁(yè) 下一頁(yè)71幾種常D用A的C及芯主片要及技主術(shù)要指技標(biāo)術(shù)和指性標(biāo)能和性能2014年8月6日9時(shí)9分總目錄