模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

1第八章數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2傳感器A/D計(jì)算機(jī)D/A模擬控制被測(cè)被控對(duì)象典型的數(shù)字控制系統(tǒng)框圖3A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用放大器傳感器(溫度、壓力、流量、應(yīng)力等）采樣/保持器A/D計(jì)算機(jī)顯示器D/A示波器打印機(jī)計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種數(shù)字處理（如濾波、計(jì)算）、數(shù)據(jù)保存、打印等顯示器顯示字符、曲線、圖形、圖象等48.1D/A轉(zhuǎn)換器

DAC的基本原理數(shù)碼寄存器模擬

開關(guān)解碼

網(wǎng)絡(luò)求和電路DuA基準(zhǔn)電壓UREFDAC方框圖5D和uA的關(guān)系圖11111110110111001011101010010001001000110100010101110110246-6-4-2DuA61.構(gòu)成2.工作原理電阻網(wǎng)絡(luò)、雙向電子模擬開關(guān)、求和放大器、數(shù)碼寄存器、參考電源通常取Rf=R，則：1、倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)DAC7倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路8D/A的組成輸入4位二進(jìn)制數(shù)輸出模擬電壓S0~S3:模擬電子開關(guān)D=0,S倒向地D=1,S倒向VREF電阻網(wǎng)絡(luò)求和運(yùn)算放大器VREF2R2R2R2R2RRRR2RS0S1S2S3精密參考電壓D0D1D2D3++-3R3R/2UO9VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UO當(dāng)D3D2D1D0=0000時(shí),S3S2S1S0都倒向地UO=0V(3)D/A轉(zhuǎn)換原理當(dāng)D3D2D1D0=0000時(shí)UO3R2R++-3R/2R等效電路3R0000AV=-110VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UOD/A轉(zhuǎn)換原理當(dāng)D3D2D1D0=1000時(shí),S2S1S0都倒向地，S3倒向VREFUO3R++-3R/2等效電路2R2RVREF2RRVREF/2UO=-VREF/2當(dāng)D3D2D1D0=1000時(shí)0001AV=-13R11VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UOD/A轉(zhuǎn)換原理(續(xù))當(dāng)D3D2D1D0=0100時(shí),S3S1S0都倒向地S2倒向VREF當(dāng)D3D2D1D0=0100時(shí)UO=-VREF/4UO3R++-3R/2等效電路2RRVREF2R2R2R3RVREF/40010AV=-112D/A轉(zhuǎn)換原理VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UO同理可推導(dǎo)，當(dāng)D3D2D1D0=0010時(shí)，UO=–VREF/8

當(dāng)D3D2D1D0=0001時(shí)，UO=–VREF/1613D/A轉(zhuǎn)換原理D3D2D1D0=1000時(shí)，UO=–VREF/2=–D3VREF/21D3D2D1D0=0100時(shí)，UO=–VREF/4=–D2VREF/22D3D2D1D0=0010時(shí)，UO=–VREF/8=–D1VREF/23D3D2D1D0=0001時(shí)，UO=–VREF/16=–D0VREF/24根據(jù)疊加原理:UO=–(D3VREF/21+

D2VREF/22+

D1VREF/23+

D0VREF/24)=–(D3/21+

D2/22+

D1/23+

D0/24)VREF

=

–(VREF/24)

(23D3

+

22D2+

21D1

+

20D0)14UO=

–(VREF/24)

(23D3

+

22D2+

21D1

+

20D0)D/A轉(zhuǎn)換原理此式表明:D/A電路輸出模擬電壓UO與輸入的數(shù)字量D3D2D1D0成正比152、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器163、D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式1.單極性輸出172、雙極性輸出184、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.轉(zhuǎn)換精度（分辨率）LSB：LeastSignificantBit(1)用輸出的電壓（電流）值表示輸入變化1LSB時(shí)，輸出端產(chǎn)生的電壓變化。MSB：MostSignificantBit19例1

已知uOm=5V，n=10，則例2

倒T型網(wǎng)絡(luò)DAC的uOm=10V，試問需多少位代碼，才能使分辨率R′達(dá)到2mV。(Rf=R)解由題意知：20(2)用百分比表示(3)用位數(shù)n表示2.轉(zhuǎn)換誤差(1)絕對(duì)誤差：實(shí)際值與理想值之間的差值。(2)相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與滿量程的比值。21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±?LSB范圍以內(nèi)的這段時(shí)間。3.建立時(shí)間tset

tset±?LSBuOt225、集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用

230832——與μP兼容的8bitDAC

·采用CMOS和薄膜Si-Cr電阻相容工藝，溫漂低·具有二級(jí)數(shù)字輸入緩沖鎖存器，可與數(shù)據(jù)μP數(shù)據(jù)總線直接相連，無需另接鎖存器·屬乘法D/A轉(zhuǎn)換器——可工作于四個(gè)象限·與TTL電平兼容

·數(shù)字地與模擬地可分開，使用靈活

24MAX5013——新產(chǎn)品12bit高速DAC·工作速率達(dá)100MHZ·建立時(shí)間僅13ns·內(nèi)含主-從式鎖存器·電源電壓+5V或-5.2V·與TTL和ECL電導(dǎo)兼容258.2A/D轉(zhuǎn)換器

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般過程1.采樣和保持2.量化與編碼量化電平（離散電平）：都是某個(gè)最小單位（量化單位△）的整數(shù)倍的電平。①舍尾方法②四舍五入方法26基本采樣保持電路27Otu1(t)(a)模擬輸入信號(hào)28Ot(b′)采樣信號(hào)29Ot(b)采樣輸出信號(hào)30模擬信號(hào)的采樣保持OtuO(t)（c）采樣保持信號(hào)31采樣—保持信號(hào)uO量化電平uq……32采樣—保持信號(hào)uO量化電平uq……332、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器（三位）DQDQDQDQDQDQDQ7VR/86VR/85VR/84VR/83VR/82VR/8VR/8VRRRRRRRRRUIUI6VR/8時(shí)，輸出=1UI7VR/8時(shí)，輸出=1UI7VR/8時(shí)，輸出=0UI6VR/8時(shí)，輸出=0電壓比較器D鎖存器編碼器QBQAQGQFQEQCQDD2D1D0輸入模擬電壓精密參考電壓精密電阻網(wǎng)絡(luò)（23個(gè)電阻）輸出數(shù)字量CPUIVR/8時(shí)，輸出=1UIVR/8時(shí)，輸出=034并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器中的編碼器真值表UIQAQBQCQDQEQFQGD2D1D06VR/8

>UI>5VR/8

00111111015VR/8

>UI>4VR/8

00011111007VR/8

>UI>6VR/8

0111111110VR>UI>7VR/8

11111111114VR/8

>UI>3VR/8

00001110113VR/8

>UI>2VR/8

00000110102VR/8

>UI>VR/8

0000001001VR/8

>UI>

0

0000000000特點(diǎn)：輸入電壓UI每增加VR/8

，輸出數(shù)字量增加1根據(jù)以上真值表設(shè)計(jì)編碼器的組合邏輯電路（設(shè)計(jì)略）351.組成3、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器電壓比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、時(shí)序分配器、JKFF、寄存器2.工作原理先使JKFF的最高位為1，其余低位為0，比較，下一CP有效沿到，決定1的去留；再使JKFF的次高位為1，其余低位為0，比較，下一CP有效沿到，決定1的去留；36直到最低位比較完為止。此時(shí)JKFF中所存的數(shù)碼就是所求的輸出數(shù)字量。轉(zhuǎn)換位數(shù)為N，則轉(zhuǎn)換時(shí)間為(N+1)Tcp。

逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器374位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖38CPCP0CP1CP2CP4CP3時(shí)序分配器輸出波形39數(shù)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器4.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器40雙積分型ADC時(shí)段①：固定時(shí)間積分,到時(shí)結(jié)束時(shí)段②：固定斜率積分，過零結(jié)束41雙積分型ADC數(shù)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器優(yōu)點(diǎn)：精度較高，對(duì)元件要求低缺點(diǎn)：速度低422.轉(zhuǎn)換誤差

(1)量化誤差：與輸出