第九章數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換

第九章數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換第一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)運換器是計算機與外部設(shè)備的重要接口,也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A轉(zhuǎn)換器);能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱A/D轉(zhuǎn)換器)。數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換第二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四3、正確理解D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。1、掌握倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)、集成D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理及相關(guān)計算。2、掌握并行比較、逐次比較、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)的工作原理及其特點。教學(xué)基本要求第三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四A/D

轉(zhuǎn)換器

D/A

轉(zhuǎn)換器

模擬

控制器

工業(yè)生產(chǎn)過程控制對象

模

擬

傳感器

ADC和DAC已成為計算機系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。將溫度、壓力、流量、應(yīng)力等物理量轉(zhuǎn)換為模擬電量。計算機進(jìn)行數(shù)字處理（如計算、濾波）、保存等用模擬量作為控制信號數(shù)字控制

計算機

概述

第四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四9.1D/A轉(zhuǎn)換器9.1.1D/A轉(zhuǎn)換的基本原理

9.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器

9.1.4D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式

9.1.3權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器

9.1.5D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)

9.1.6D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

第五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與之成正比模擬量。n位數(shù)字量1.概述

DAC

9.1D/A轉(zhuǎn)換器模擬量1、數(shù)

/

模轉(zhuǎn)換器:A

=KD

O=–KNB

第六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合而成的，

對于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的權(quán)值，如能將每一位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，

然后，將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的模擬量，

從而實現(xiàn)數(shù)字量--模擬量的轉(zhuǎn)換。①

實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的基本思想

ND＝b4×24＋b3×23＋b2×22＋b1×21＋b0×20

＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20

將二進(jìn)制數(shù)ND＝(11001)B轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。9.1.1D/A轉(zhuǎn)換的基本原理第七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有一定的“權(quán)重”，因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)重”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加，即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思想。

D/A轉(zhuǎn)換器第八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四②

D/A轉(zhuǎn)換器的組成:DAC的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以并行輸入也可串行輸入

用存放在數(shù)字寄存器中的數(shù)字量的各位數(shù)碼

由輸入數(shù)字量控制

產(chǎn)生權(quán)電流

將權(quán)電流相加產(chǎn)生與輸入成正比的模擬電壓第九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四③

實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的原理電路

，

，

,

第十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四一、二進(jìn)制權(quán)電阻DAC這種轉(zhuǎn)換器由“電子模擬開關(guān)”、“權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)”、“運算放大器”和“基準(zhǔn)電源”等部分組成。

UR++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D000115kR=80

k00111.四位二進(jìn)制權(quán)電阻DAC電路結(jié)構(gòu)：求和運放模擬開關(guān)求和電阻基準(zhǔn)電壓第十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

電子模擬開關(guān)(S0-S3)由電子器件構(gòu)成，其動作受二進(jìn)制數(shù)D0—D3控制。當(dāng)DK＝1

時，則相應(yīng)的開關(guān)SK接到位置1上，將基準(zhǔn)電源UR經(jīng)電阻Rk引起的電流接到運算放大器的虛地點（如圖中S0、S1）；當(dāng)Dk＝0時，開關(guān)Sk接到位置0，將相應(yīng)電流直接接地而不進(jìn)運放（如圖中S2、S3）。++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5

kR=80

k2.電子模擬開關(guān):第十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四T1T2SDa電子模擬開關(guān)的簡化原理電路當(dāng)D=1時，T2管飽和導(dǎo)通，T1管截止，則S與a點通；當(dāng)D=0時，T1管飽和導(dǎo)通，T2管截止，則S被接地。前者相當(dāng)于開關(guān)S接到“1”端，后者則相當(dāng)于開關(guān)S接到“0

”端。3.電子模擬開關(guān)簡化原理電路10第十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四uo

=-URRFR（）D3D0D1D223202122＋＋＋根據(jù)反相比例運算公式：顯然，輸出模擬電壓的大小直接與輸入二進(jìn)制數(shù)的大小成正比，從而實現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5

kR=80

k4.轉(zhuǎn)換計算uo

=-RFiF第十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5

kR=80

k第十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四D/A轉(zhuǎn)換器的組成:DAC的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以并行輸入也可串行輸入

用存放在數(shù)字寄存器中的數(shù)字量的各位數(shù)碼

由輸入數(shù)字量控制

產(chǎn)生權(quán)電流

將權(quán)電流相加產(chǎn)生與輸入成正比的模擬電壓第十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四④D/A轉(zhuǎn)換器的分類:按解碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC權(quán)電流DAC

權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC按模擬電子開關(guān)電路分類CMOS開關(guān)型DAC雙極型開關(guān)型DAC電流開關(guān)型DACECL電流開關(guān)型DACD/A轉(zhuǎn)

換

器第十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四9.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器Di=0,Si則將電阻2R接地Di=1,Si接運算放大器反相端，電流Ii流入求和電路

電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)

求和運算放大器輸出模擬電壓輸入4位二進(jìn)制數(shù)根據(jù)運放線性運用時虛地的概念可知，無論模擬開關(guān)Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻將接“地”或虛地。1、4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)求和運算放大器和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)相比，T形解碼網(wǎng)絡(luò)中電阻的類型少，只有R、2R兩種，電路構(gòu)成比較方便。00001111第十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四D/A轉(zhuǎn)換器的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)電源VREF提供的總電流為：I=？流過各開關(guān)支路的電流：I3=？I2=？I1=？I0=？I/4I/8I/16R

R

R

R

I/2I/4I/8I/16I/2I3

I2

I1

I0

流入每個2R電阻的電流從高位到低位按2的整數(shù)倍遞減。I3=VREF/2R

I2=VREF/4R

I1=VREF/8R

I0=VREF/16R

因此，每個2R支路中的電流也逐位減半。第十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四流入運放的總電流：i

＝I0+I1+I2+I3輸出模擬電壓：

I3=VREF/2R

I2=VREF/4R

I1=VREF/8R

I0=VREF/16R

第二十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的輸出模擬電壓：n位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC有：令：則O=–KNB

在電路中輸入的每一個二進(jìn)制數(shù)NB，均能得到與之成正比的模擬電壓輸出。第二十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四例：若UR=10V，數(shù)字量D4D3D2D1D0=10011,求轉(zhuǎn)換后的輸出模擬電壓（設(shè)R=RF=10K）？解：第二十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換例：若UREF=10V，數(shù)字量d4d3d2d1d0=10011，求轉(zhuǎn)換后的輸出模擬電壓（設(shè)R=RF=10K）？第二十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四AD7533D/A轉(zhuǎn)換器使用:1)要外接運放，2)運放的反饋電阻可使用內(nèi)部電阻，也可采用外接電阻）2.集成D/A轉(zhuǎn)換器10位CMOS電流開關(guān)型D/A轉(zhuǎn)換器

第二十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四關(guān)于D/A轉(zhuǎn)換器精度的討論(1)基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性好；(2)倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)中R和2R電阻比值的精度要高；(3)為實現(xiàn)電流從高位到低位按2的整數(shù)倍遞減，模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻也相應(yīng)地按2的整數(shù)倍遞增。為進(jìn)一步提高D/A轉(zhuǎn)換器的精度，可采用權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器。為提高D/A轉(zhuǎn)換器的精度，對電路參數(shù)的要求：(3)每個模擬開關(guān)的開關(guān)電壓降要相等第二十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四Di=1時，開關(guān)Si接運放的反相端;Di=0時，開關(guān)Si接地。9.1.3權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器1.4位權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器第二十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四在恒流源電路中，各支路權(quán)電流的大小均不受開關(guān)導(dǎo)通電阻和壓降的影響，這樣降低了對開關(guān)電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。第二十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四實際的權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器電路電壓恒定各BJT的發(fā)射結(jié)電壓相等基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路++-第二十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四9.1.4D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式8位D/A轉(zhuǎn)換器在單極性輸出時的輸入/輸出關(guān)系

00000000

10000000…

…

11111110

00000001

10000001…

…

11111111模擬量

數(shù)字量MSBLSB第二十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四常用雙極性編碼

十進(jìn)制數(shù)2的補碼偏移二進(jìn)制碼模擬量D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

0/VLSB

12701111111111111111271260111111011111110126

100000001100000011000000000100000000-11111111101111111-1

-1271000000100000001-127-1281000000000000000-128*表中VLSB=VREF/256

第三十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

第三十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四9.1.5D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率：其定義為D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)。n位DAC最多有2n個模擬輸出電壓。位數(shù)越多D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高。分辨率也可以用能分辨的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比給出。n位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為1、分辨率第三十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四2、轉(zhuǎn)換精度：

轉(zhuǎn)換精度是指對給定的數(shù)字量，D/A轉(zhuǎn)換器實際值與理論值之間的最大偏差。產(chǎn)生原因：由于D/A轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值存在誤差，如基準(zhǔn)電壓不夠穩(wěn)定或運算放大器的零漂等各種因素的影響。幾種轉(zhuǎn)換誤差：有如比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差和非線性誤差等第三十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四3、建立時間（tset）——當(dāng)輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時，輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需時間。最短可達(dá)0.1μS。4、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)。5、電源抑制比——輸出電壓的變化量與相對應(yīng)的電源電壓變化量之比，定義為電源抑制比，要求電源電壓變化時，對輸出電壓的影響越小越好第三十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四9.1.6集成D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用(1)數(shù)字式可編程增益控制電路

D

2

D

7

u

O

D

0

D

1

2R

2R

2R

2R

R

R

R

D

8

D

9

R

R

R

u

I

2R

2R

2R

-

+

R

F

I

OUT1

I

OUT

2

V

REF

第三十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

D

2

D

7

u

O

D

0

D

1

2R

2R

2R

2R

R

R

R

D

8

D

9

R

R

R

u

I

2R

2R

2R

-

+

R

F

I

OUT1

I

OUT

2

V

REF

u

O

-

+

R

u

I

OUT2

I

I

OUT1

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)O

V

I

A

u

u

=

Iout1＝

I0+I1+I2+…I9根據(jù)虛斷有:第三十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四(2)

脈沖波產(chǎn)生電路

74163具同步清零功能74163和與非門構(gòu)成十進(jìn)制計數(shù)器：0000~1001第三十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四9.2.6集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用

9.2A/D

轉(zhuǎn)換器9.2.1A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過程

9.2.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器

9.2.3逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器

9.2.4雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

9.2.5A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

第三十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四概述ADCDn~D0

輸出數(shù)字量輸入模擬電壓

能將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量。1.A/D功能:

9.2A/D

轉(zhuǎn)換器第三十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）A/D變換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,它是模擬信號和數(shù)字儀器的接口。由于輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，所以一般的A/D轉(zhuǎn)換過程為：取樣、保持、量化和編碼。第四十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四2.A/D轉(zhuǎn)換器分類①并聯(lián)比較型

特點:轉(zhuǎn)換速度快,轉(zhuǎn)換時間10ns~1s,但電路復(fù)雜。②逐次逼近型

特點:轉(zhuǎn)換速度適中,轉(zhuǎn)換時間為幾s~100s,轉(zhuǎn)換精度高，在轉(zhuǎn)換速度和硬件復(fù)雜度之間達(dá)到一個很好的平衡。③雙積分型

特點:轉(zhuǎn)換速度慢,轉(zhuǎn)換時間幾百s~幾ms,但抗干擾能力最強。第四十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四取樣時間上離散的信號保持、量化量值上也離散的信號編碼模擬信號時間上和量值上都連續(xù)數(shù)字信號時間上和量值上都離散9.2.1A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過程

A/D轉(zhuǎn)換器一般要包括取樣，

保持，量化及編碼4個過程。第四十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四1.取樣與保持

采樣是將隨時間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為在時間離散的模擬量。

采樣信號S(t)的頻率愈高，所采得信號經(jīng)低通濾波器后愈能真實地復(fù)現(xiàn)輸入信號。合理的采樣頻率由采樣定理確定。

采樣定理：設(shè)采樣信號S(t)的頻率為fs，輸入模擬信號I(t)的最高頻率分量的頻率為fimax，則fs≥2fimax S(t)=1:開關(guān)閉合S(t)=0:開關(guān)斷開只有當(dāng)取樣頻率在大于模擬信號最高頻率分量的2倍時，所采集的信號樣值才能不失真地掃映原來模擬信號的變化規(guī)律第四十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四采得模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號都需要一定時間，為了給后續(xù)的量化編碼過程提供一個穩(wěn)定的值，在取樣電路后要求將所采樣的模擬信號保持一段時間。采樣保持取樣與保持電路及工作原理

第四十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四取樣—保持電路電路組成及工作原理（取Ri=Rf）:取樣-保持電路的種類很多，下面分析一種電路：控制信號uL=1時，T導(dǎo)通ui經(jīng)電阻Ri和T向電容C充電充電結(jié)束后

uO=-uI=uC控制信號uL=0時，T截止，Ch無放電回路，uO保持NMOS管，作為開關(guān)用第四十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四2.量化與編碼數(shù)字信號在數(shù)值上是離散的。采樣–保持電路的輸出電壓還需按某種近似方式歸化到與之相應(yīng)的離散電平上，任何數(shù)字量只能是某個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。量化與量化單位——任何一個數(shù)字量的大小，都是以某個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍來表示的。因此，在用數(shù)字量表示取樣電壓時，也必須把它化成這個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，這個轉(zhuǎn)化過程就叫做量化。所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用△表示。量化第四十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四編碼——把量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示，稱為編碼。它就是A/D轉(zhuǎn)換的輸出信號。3.編碼量化后的數(shù)值最后還需通過編碼過程用一個代碼表示出來。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。

第四十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四在量化過程中由于所采樣電壓不一定能被整除，所以量化前后一定存在誤差，此誤差我們稱之為量化誤差，用表示。量化誤差屬原理誤差，它是無法消除的。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，各離散電平之間的差值越小，量化誤差越小。兩種近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。4.量化誤差：量化前的電壓與量化后的電壓差5.量化方式第四十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四011111101011000110100010000Δ=0v7Δ=7/8v6Δ=6/8v5Δ=5/8v4Δ=4/8v3Δ=3/8v2Δ=2/8v1Δ=1/8v輸入信號編碼量化后電壓a)只舍不入量化方式:量化中把不足一個量化單位的部分舍棄；對于等于或大于一個量化單位部分按一個量化單位處理。最大量化誤差為：最小量化單位＝1/8VΔ=1LSB=1/8V例：將0~1V電壓轉(zhuǎn)換為3位二進(jìn)制代碼第四十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四b)四舍五入量化方式:量化過程將不足半個量化單位部分舍棄，對于等于或大于半個量化單位部分按一個量化單位處理。最大量化誤差為：最小量化單位：011111101011000110100010000Δ=0v7Δ=14/15v6Δ=12/15v5Δ=10/15v4Δ=8/15v3Δ=6/15v2Δ=4/15v1Δ=2/15v輸入信號編碼模擬電平Δ=1LSB=

2/15V＝1/15V例：將0~1V電壓轉(zhuǎn)換為3位二進(jìn)制代碼第五十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四9.2.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器電壓比較器輸入模擬電壓精密電阻網(wǎng)絡(luò)精密參考電壓VREF/15

3VREF/15

7VREF/15

9VREF/15

11VREF/15

5VREF/15

13VREF/15

輸出數(shù)字量1、電路組成

寄存器第五十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四VI=8VREF/151111000001VREF/15

3VREF/15

7VREF/15

9VREF/15

11VREF/15

5VREF/15

13VREF/15

第五十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

vI

CO1CO2CO3CO4CO5CO6CO7

D2D1D0

7VREF/15

vI9VREF/15

0001111100

9VREF/15

vI11VREF/15

0011111101

5VREF/15

vI7VREF/15

0000111011

3VREF/15

vI5VREF/15000001101011VREF/15

vI13VR/15

011111111013VREF/15

vIVREF/15

1111111111

VREF/15

vI

3VREF/15

0000001001

0vIVREF/15

0000000000

根據(jù)各比較器的參考電壓值，可以確定輸入模擬電壓值與各比較器輸出狀態(tài)的關(guān)系。比較器的輸出狀態(tài)由D觸發(fā)器存儲，經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得到數(shù)字量輸出。第五十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四（三）并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器特點1.由于轉(zhuǎn)換是并行的，其轉(zhuǎn)換時間只受比較器和編碼器延遲時間限制，因此轉(zhuǎn)換速度最快。2.隨著分辨率的提高，元件數(shù)目要按幾何級數(shù)增加，一個n位的轉(zhuǎn)換器，所用的比較器個數(shù)為2n–1,如一個8位并行A/D轉(zhuǎn)換器就需要28-1=255個比較器。因此制成分辨率較高的集成并行A/D轉(zhuǎn)換器是比較困難的。3.比較器和寄存器兼有取樣保持功能，因此并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器，不需附加取樣保持電路。第五十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四3、電路特點：在并行A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入電壓I同時加到所有比較器的輸入端。如不考慮各器件的延遲，可認(rèn)為三位數(shù)字量是與I輸入時刻同時獲得的。所以它的轉(zhuǎn)換時間最短。缺點是電路復(fù)雜，如三位ADC需7個比較器、7個觸發(fā)器、8個電阻。位數(shù)越多，電路越復(fù)雜。為了解決提高分辨率和增加元件數(shù)的矛盾，可以采取分級并行轉(zhuǎn)換的方法。單片集成并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品很多，如AD公司的AD9012(TTL工藝8位)、AD9002(ECL工藝，8位)、AD9020(TTL工藝，10位)等。第五十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四所加砝碼重量結(jié)果

9.2.3逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物重非常相似。第一次8克砝碼總重<待測重量Wx，8克砝碼保留8克第二次再加4克砝碼總重仍<待測重量Wx，4克砝碼保留12克第三次再加2克砝碼總重>待測重量Wx，2克砝碼撤除12克第四次再加1克砝碼總重＝待測重量Wx，1克砝碼保留13克1.轉(zhuǎn)換原理所用砝碼重量：8克、4克、2克和1克。設(shè)待秤重量Wx=13克。第五十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四比較步驟：轉(zhuǎn)換開始前先將寄存器清零，所以加給D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量也全是0，轉(zhuǎn)換控制信號變?yōu)楦唠娖綍r開始第五十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四1.轉(zhuǎn)換原理

100…0100…0I

≥5V

1A=6.84VVREF=10V第一個CP：模擬量與基準(zhǔn)電壓逐次加以比較，從最大的一位基準(zhǔn)碼開始比較。將基準(zhǔn)電壓分成若干位基準(zhǔn)碼，每位權(quán)重由數(shù)碼的編碼確定存放轉(zhuǎn)換結(jié)果，并提供D/A轉(zhuǎn)換的輸入量將數(shù)字量從高位到低逐位送到數(shù)據(jù)寄存器第五十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四1.轉(zhuǎn)換原理

第二個CP：010…0110…010I

<7.5VI=6.84VVREF=10V第五十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四1.轉(zhuǎn)換原理第三個CP：001…0101…0I

≥6.25V101A=6.84VVREF=10V第六十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四10000000A=6.84VVREF=10V1010111111000000101000001011000010101000101011001010111010101111第六十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四2．四位逐次比較型A/D型轉(zhuǎn)換器的邏輯電路第六十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四小結(jié)：1、

逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)越多轉(zhuǎn)換精度越高；2、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需時間與其位數(shù)n和時鐘脈沖頻率有關(guān)，位數(shù)愈少，時鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換所需時間越短；第六十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四9.2.4雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

1、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思想

對輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出此時間間隔，進(jìn)而得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器也稱為電壓－時間－數(shù)字式積分器。第六十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四1、電路組成：由積分器、過零比較器（C）、時鐘脈沖控制門（G）和定時器、計數(shù)器（FF0～FFn）等幾部分組成。第六十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四00000Cr信號將計數(shù)器清零；開關(guān)S2閉合，待積分電容放電完畢后，斷開S2使電容的初始電壓為0。2、工作原理

①準(zhǔn)備階段：第六十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四經(jīng)過2n個CP(2)第一次積分：t=t0時，開關(guān)S1與A端相接，積分器開始對I積分。經(jīng)2n個CP后,開關(guān)切換到B，，=VP。第一積分時間為2nTC第六十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四VREF加到積分器的輸入端，積分器反方向進(jìn)行第二次積分；當(dāng)t=t2時積分器輸出電壓O≥0，比較器輸出C=0，時鐘脈沖控制門G被關(guān)閉，計數(shù)停止。(3)第二次積分：第六十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四工作原理：（2）第一次積分階段（1）準(zhǔn)備階段：計數(shù)器清零，積分電容放電，uo=0Vt=0時，開關(guān)S1與A端接通，輸入電壓uI加到積分器的輸入端。積分器從0開始積分：由于uO<0V，過零比較器輸出uC=1，控制門G打開。計數(shù)器從0開始計數(shù)。第六十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四t=T1=2nTC

經(jīng)過2n個時鐘脈沖后，觸發(fā)器FF0～FFn－1都翻轉(zhuǎn)到0態(tài)，而Qn=1，開關(guān)S1由A點轉(zhuǎn)到B點，第一次積分結(jié)束。第一次積分時間為：（3）第二次積分階段第一次積分結(jié)束時，積分器的輸出電壓VP為：當(dāng)t=t1時，S1轉(zhuǎn)接到B點，基準(zhǔn)電壓－VREF加到積分器的輸入端；積分器開始向相反進(jìn)行第二次積分。當(dāng)t=t2時，積分器輸出電壓vO>0V，比較器輸出vC=0，控制門G被關(guān)閉，計數(shù)停止。第七十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四在此階段結(jié)束時vO的表達(dá)式可寫為：設(shè)T2=t2－t1，于是有：設(shè)在此期間計數(shù)器所累計的時鐘脈沖個數(shù)為λ，則：可見，T2與VI成正比，T2就是雙積分A/D轉(zhuǎn)換過程的中間變量。上式表明，計數(shù)器中所計得的數(shù)λ（λ=Qn-1…Q1Q0），與在取樣時間T1內(nèi)輸入電壓的平均值VI成正比。只要VI<VREF，轉(zhuǎn)換器就能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。T2=λTC

第七十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四T1=2