核電子學與核儀器課件12

核電子學與核儀器覃國秀qinguoxiu198201@163.comTel技術教研室2009/05/19上次課關鍵點一、用于幅度分析的模數變換器

模數變換方法的基本原理、變換系數與道寬二、線性門與展寬器

線性門(常閉線性門與常開線性門)、模擬展寬器工作原理三、線性放電型模數變換器

工作原理、參數調節(jié)與輔助電路、滑移標尺道寬均勻器本堂課主要內容四、逐次比較型模數變換器

4.1數模變換器

4.2逐次比較型模數變換器工作原理

4.3逐次比較型模數變換器的道寬均勻問題四、逐次比較型模數變換器

由于近年來大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，逐次比較型模數變換器得到了較多的應用。與線性放電型模數變換器比較，它有變換速度快、易于做成集成芯片、功耗低和價格便宜等優(yōu)點。下面先介紹逐次比較型模數變換電路中的一個重要部件------數模變換器。四、逐次比較型模數變換器4.1數模變換器

數模變換器把輸入的數碼(通常為二進制)變換成與此數碼成正比的模擬量。一個二進制數碼是按各位代碼組合起來表示的，每一位代碼有一定的權值。這就代表了一個具體的數值。因此，為了將數字量變換成模擬量，應將每一位代碼按權值變換成相應的模擬量。然后將各模擬量相加，其總和就是與數字量成正比的模擬量，從而完成數模變換。四、逐次比較型模數變換器4.1數模變換器模數變換器通常由基準電源、電阻解碼網絡和電子開關電路組成。基準電壓VR經過電阻網絡輸出，電阻網絡由電子開關電路控制，而電子開關又由數字輸入信號控制。因此輸出電流或電壓由數字輸入信號控制。四、逐次比較型模數變換器4.1數模變換器電阻解碼網絡可用各種方法構成。二進制權電阻解碼網絡數模變換器四、逐次比較型模數變換器4.1數模變換器

二進制加權電阻解碼網絡在位數越多時，電阻變化范圍越大。梯形電阻解碼網絡有較好的性能。電路中所用電阻值只有R和2R兩種，所以又稱R-2R電阻網絡，在數模變換器中得到廣泛應用。梯形電阻解碼網絡數模變換器

四、逐次比較型模數變換器4.1數模變換器梯形電阻網絡的特點是任何一個節(jié)點的三個分支阻抗都相等(等于2R)。每個2R支路中的電流自左向右以1/2系數逐漸減小。四、、逐逐次次比比較較型型模模數數變變換換器器4.1數模模變變換換器器數模模變變換換器器的的主要要技技術術指指標標有：：（1）分分辨辨率率是數數模模變變換換器器對對微小小輸輸入入量量變化化的的敏感感程程度度的描描述述。。通通常常用用數字字量量的的位位數數來表示。。（2）精確度度表示數模模變換器器加上一一個給定定的數字字碼時，，測量到到的實際模擬輸出出值和期望值之間的的差值。（3）線性誤誤差表示數模模變換器器的實際傳輸輸特性曲曲線和理想響應應直線之間的最大偏差差。典型12位數模變變換器集集成芯片片四、逐次次比較型型模數變變換器4.2逐次比較較型模數數變換器器工作原原理用逐次比較較方法進行模數變換換是與疊加單道道分析器器方法相似似。在疊疊加單道道分析器器中，各各個標準電平平是不變變的，輸入入信號進進行一次比較較就能得到到全部的的地址碼碼，因此此有時也也稱之為為并行變換換方法。顯然，并并行變換換方法是是速度最最快的變變換方式式，但是是在高道數時時難于實實現。如果用用12個二進制制位標準準電平組組成4096個標準電電平，每每一次比比較為一一個位標標準電平平，逐次次進行比比較，可可構成4096道逐次比比較型模模數變換換器。這種方法法稱為逐逐次比較較法或串串行變換換方法。。四、逐次次比較型型模數變變換器4.2逐次比較較型模數數變換器器工作原原理逐次比較較型模數數變換器器利用二進制的的標準電電平與輸入信號號比較。第一次比比較時，取標準準電平為為滿量程程的一半；若標準準電平小小于信號號幅度，，則標準準電平保留下來，進進行第二次比比較。第二次次比較的的標準電電平為保留的上上次標準準電平加加滿量程程的四分分之一標標準電平平。若標準準電平小小于信號號幅度，，第二次次比較的的標準電電平同樣樣保留下來，進進行第三三次比較較。若標標準電平平大于信信號幅度度，則不保留該標準電電平。依此類推推，直到到12個標準電電平取出出比較完完才結束束。四、逐次次比較型型模數變變換器4.2逐次比較較型模數數變換器器工作原原理逐次比較較型模數數變換器器，每次次比較都都將標準準電平減減小為前前次的一一半。若標準電電平小于信號幅度度，則被被保留；若標準準電平比比信號幅幅度大，則不保留。最后停停止比較較時，所有保留留下來的的標準電電平之和和與被測測信號幅幅度十分分接近。逐次比較較型模數數變換器器工作波波形圖如果輸入入信號幅幅度Vi=2457.6mV，則第一次比比較：VR11=2048mV；保留；1第二次比比較：VR10=1024mV(3072mV)；不保留留；0第三次比比較：VR9=512mV(2560mV)；不保留留；0第四次比比較：VR8=256mV(2304mV)；保留；1第五次比比較：VR7=128mV(2432mV)；保留；1第六次比比較：VR6=64mV(2496mV)；不保留留；0第七次比比較：VR5=32mV(2464mV)；不保留留；0第八次比比較：VR4=16mV(2448mV)；保留；1第九次比比較：VR3=8mV(2456mV)；保留；1第十次比比較：VR2=4mV(2460mV)；不保留留；0第十一次次比較：：VR1=2mV(2458mV)；不保留留；0第十二次次比較：：VR0=1mV(2457mV)；保留；1四、逐次次比較型型模數變變換器4.2逐次比較較型模數數變換器器工作原原理逐次比較較法的道寬就是地址址碼最低位對對應的DAC標準電平平：VR0=1mV。如果每每次比較較的時間間為T，比較次次數為12次，則需需要的比比較時間間為12T。對于不不同幅度度的輸入入信號都都要進行行十二次比比較，所以變變換時間間是固定的。逐次比較較型模數數變換器器變換時間間和道數數的關系系為：對多道逐逐次比較較型模數數變換器器，目前前變換時時間可做做到接近近于1μs。這比線線性放電電型模數數變換器器要小得得多。但是逐次次比較型型模數變變換器的的道寬一致致性較差差，主要由于于標準電電平很難難維持精精確的比比例。四、逐次次比較型型模數變變換器4.3逐次比較較型模數數變換器器的道寬寬均勻問問題在線性放放電型模模數變換換中影響道寬寬的參考考標準只有一個。而在逐逐次比較較型模數數變換器器中采用數模模變換器器輸出的的多個獨獨立參考考標準電電平與輸輸入信號號進行比比較。不同輸輸入脈沖沖幅度是是用不同同的標準準電壓或或電流來來測定的的。由于于各個參參考標準準電平很難維持持精確比比例，所以道寬一致致性要比比線性放放電型差差得多。四、逐次次比較型型模數變變換器4.3逐次比較較型模數數變換器器的道寬寬均勻問問題在逐次比比較型模模數變換換器中，，任何一一道的道道寬是由由該道的的上下邊界界電平之之差決定定的，而道的邊界界電平是是由數模模變換器器輸出標標準電平平的大小小來決定定的。數模變換換器輸出出的標準準電平又又是由各各個參考考標準電電平相加加而成。所以參考標準準電平的的不一致致會嚴重重影響道道寬的一一致性。四、逐次次比較型型模數變變換器4.3逐次比較較型模數數變換器器的道寬寬均勻問問題通常把逐逐次比較較型模數數變換器器的道寬寬分成兩類類。一類是是偶數道寬寬HiQ(i=0、2、4…)，其大小為VR0。另一類類是奇數道寬寬HiP(i=1、3、5…)，其大小為上上下邊界界之差。道寬不一一致性在在奇數道道寬處普普遍存在在，但以以道址在在二分之之一總道道數處最最嚴重。道寬的不不均勻性性嚴重影影響模數數變換器器的微分分非線性性，為此此必須采采用道寬寬均勻器器。四、逐次次比較型型模數變變換器4.3逐次比較較型模數數變換器器的道寬寬均勻問問題利用滑尺尺原理所所作的移移道法道道寬均勻勻器：四、逐次次比較型型模數變變換器4.3逐次比較較型模數數變換器器的道寬寬均勻問問題實際上，，M不一定要要取得很很大，只只要滿足足道寬一一致性要要求就行行。因此，如如果在移移動范圍圍內只有有某一道道道寬偏偏離正常常值，則則移道法法道寬均均勻器使使道寬偏偏離值減減小到原原來的1/(M+1)。四、逐次次比較型型模數變變換器4.3逐次比較較型模數數變換器器的道寬寬均勻問問題推廣到一一般情況況，則該式表明明，第i道道寬的的相對偏偏差減小小了1/(M+1)倍。但是是對于第第i道的右邊邊第(i+1)道到第(i+M)道范圍內內，各道道道寬皆皆偏離了了正常道道寬H。這些為為第i道參與分分選的M個道，在在實際上上決定這這些道的的道寬時時，包括括了第i道的原始始道寬，，因此，，道寬均均勻器的的作用是是將其中中一道道道寬的偏偏離“分分攤”到到(M+1)個道的道道寬中去去。四、逐次次比較型型模數變變換器4.3逐次比較較型模數數變換器器的道寬寬均勻問問題逐次比較較法模數數變換器器使用上上述方法法可以減減小中間間道道寬寬不一致致帶來的的誤差。。當不只只是一個個道的道道寬偏離離正常值值時，道道寬均勻勻器仍然然起各道道道寬偏偏差的平平均“分分攤”作作用。但但是，若若某一(M+1)道范圍內內的道寬寬多數增增大，則則其平均均值將明明顯高于于另一(M+1)道范圍內內的平均均道寬，，移道法法均勻器器不能消消除這個個誤差。。四、逐次次比較型型模數變變換器4.3逐次比較較型模數數變換器器的道寬寬均勻問問題實現移道道的方式式分為連連續(xù)移道道和隨機機移道兩兩種。連連續(xù)移道道的移道道電平是是每輸入入一個脈脈沖增大大一個道道寬。連連續(xù)增加加下去，，直到移移道電平平等于M個道寬。。然后降降到0再周期重重復。連連續(xù)移道道電平是