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0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111,0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111,0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111,数字电子技术基础,返回首页,0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111,0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111 0010 0110 0001 0110 1110 0011 0010 0011 0000 0011 0000 0011 0110 0011 0100 0011 0001 0011 0110 0100 1000 0111,0100 1000 0111 0101 0110 0001 0110 1110 0110 0111 0110 0001 0110 1110 0111,数字电子技术基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,数模转换：,将数字量,(Digital),转换为模拟量,(Analog),，简称,D/A,转换。,模数转换,：将模拟量,(Analog),转换为数字量,(Digital),，简称,A/D,转换。,被控对象,传感器,ADC,计算机,DAC,驱动电路,8.1,概述,数模转换：将数字量 (Digital)转换为模拟量(Anal,主要指标：转换精度；转换速度。,ADC,直接转换型,并联比较型,间接转换型,双积分型（,V,T,变换型）,逐次渐进型,分类,:,DAC,倒,T,形电阻网络,D/A,转换器,权电流型,D/A,转换器,双极型,D/A,转换器,主要指标：转换精度；转换速度。ADC直接转换型并联比较型间接,(1),了解,D/A,和,A/D,转换器在数字系统中的作用及分类方法。,(2),掌握,D/A,转换器的功能、类型，电路组成特点，电路性能特点，计算公式；,(3),掌握,A/D,转换器的功能、类型、转换步骤、取样定理，电路组成特点，电路性能特点，转换时间，使用条件。,(4),了解,D/A,和,A/D,转换器转换精度和转换速度，影响因素和相关概念。,本章基本要求,作业,：,【8.1】【8.2】【8.4】【8.5】,【8.7】 【8.8】【8.9】,(1)了解D/A和A/D转换器在数字系统中的作用及分类方法。,n,位二进制数,D,n,接到,DAC,的输入端时，,D/A,转换器的输出电压值：,8.2,数模转换,DAC,8.2.1 DAC,的基本原理,K,为比例系数，,V,REF,为参考基准值。,v,o,=,K,(,d,n,-1,2,n,-1,+,d,n,-2,2,n,-2,+ +,d,1,2,1,+,d,0,2,0,),V,REF,=,KD,n,V,REF,图,8-2,DAC,原理框图,n位二进制数Dn接到DAC的输入端时，D/A转换器的输出电压,电路组成：由四部分组成：,倒,T,形电阻网络；,求和放大器；,模拟开关；,参考电源；,倒,T,形电阻网络,求和放大器,Least Significant Bit,Most Significant Bit,模拟开关,8.2.2,倒,T,形电阻网络,DAC,图,8-3,倒,T,形电阻网络,DAC,电路组成：由四部分组成：倒T形电阻网络；求和放大器；模拟开关,电阻网络特点：,任意节点向左看的等效电阻皆为,R,。,模拟开关,S,i,不论接何位置,都相当于接地。,原理,:,任务,:,求出输出模拟电压,v,O,与输入数字量,d,3,d,2,d,1,d,0,间的关系。,I,R,V,REF,I,=,v,o,=,Ri,R,V,REF,2,v,O,=, R,( + + + ),d,3,4,d,2,8,d,1,16,d,0,V,REF,2,4,v,O,=,(,d,3,2,3,+,d,2,2,2,+,d,1,2,1,+,d,0,2,0,),v,O,=,(,d,n,-1,2,n,-1,+,d,n,-2,2,n,-2,+ +,d,1,2,1,+,d,0,2,0,),V,REF,2,n,=, D,n,2,n,V,REF,2,I,i,=,d,3,+,d,2,+,d,1,+,d,0,4,I,8,I,16,I,电阻网络特点：任意节点向左看的等效电阻皆为R。模拟开关Si不,图,8-5,CB7520,电路原理图,需外接运放,需外接基准电压源,可外接反馈电阻,R,倒,T,型,D/A,转换器,CB7520,芯片,CB7520,是片内没有集成放大器的,10,位,DAC,倒,T,型,D/A,转换器特点：,1.,电阻种类少，便于集成；,2.,开关切换时，各点电位不变。因此，速度快，减少尖峰脉冲。,常用,CMOS,开关 倒,T,形电阻网络,DAC,的集成电路还有,DAC1210,（,12,位）、,AK7546,（,16,位高精度）等。,图8-5 CB7520电路原理图需外接运放需外接基准电压源,图,8-6,权电流型,DAC,在权电阻网络,D/A,转换器和倒,T,型电阻网络,D/A,转换器中，若,模拟开关不是理想开关,，其,导通电阻,和,导通压降,将影响转换精度。权电流型,D/A,转换器可解决这一问题。,8.2.3,权电流型,DAC,恒流源如图。但电阻,R,Ei,的种类多。因此，经常用,倒,T,型电阻网络,的分流作用来实现。,模拟开关,R,Ei,V,B,V,EE,V,BE,I,i,v,O,=,i,R,F,2,I,=,R,F,(,d,3,+,d,2,+,d,1,+,d,0,),2,2,I,2,3,I,2,4,I,R,F,I,2,4,=,(,d,3,2,3,+,d,2,2,2,+,d,1,2,1,+,d,0,2,0,),图8-6 权电流型DAC 在权电阻网络D/A转,电路特点,：,T,3,T,0,均采用了多发射极晶体管。,目的,：,T,3,T,0,的发射极电流密度相等，可使各发射结电压相同，发射极处于相同电位。,A,1,、,T,R,和,R,R,、,R,组成了,基准电流发生电路,I,电阻网络,R,R,V,REF,I,REF,= =,I,R,F,I,2,4,v,O,=,(,d,3,2,3,+,d,2,2,2,+,d,1,2,1,+,d,0,2,0,),2,4,R,R,=,(,d,3,2,3,+,d,2,2,2,+,d,1,2,1,+,d,0,2,0,),R,F,V,REF,2,n,R,R,v,O,=,(,d,n,-1,2,n,-1,+,d,n,-2,2,n,-2,+, +d,1,2,1,+,d,0,2,0,),R,F,V,REF,2,n,R,R,=,D,n,R,F,V,REF,R,Ei,V,B,V,EE,V,BE,I,i,图,8-7,采用倒,T,形电阻网络的权电流型,DAC,电路特点：T3T0均采用了多发射极晶体管。A1、TR和RR,若取,V,REF,=10V,、,R,R,=,R,F,=5K,则：,此时，输出模拟电压范围为：,09.96V,。,权电流型集成数模转换器,DAC0808,参考公式：,有：,双极型电路；,8,位数字量输入；,外接求和放大器；,外接电阻。,输入数字量,需外接运放,需外接,R,R,2,n,R,R,v,O,=,D,n,R,F,V,REF,v,O,=,D,n,R,F,V,REF,2,8,R,R,2,8,v,O,=,D,n,10,若取VREF=10V、RR=RF=5K则：此时，输出模拟电,集成权电流型,D/A,转换电路还有,AD1408,、,DAC0806,等。采用了双极型工艺制作，工作速度较高。,集成权电流型D/A转换电路还有AD1408、D,例：输入为,3,位二进制补码。最高位为符号位，正数为,0,，负数为,1,补码输入,对应的,十进制,要求的,输出,d,2,d,1,d,0,0,1,1,+3,+3V,0,1,0,+2,+2V,0,0,1,+1,+1V,0,0,0,0,0V,1,1,1,-1,-1V,1,1,0,-2,-2V,1,0,1,-3,-3V,1,0,0,-4,-4V,8.2.4,数模转换输出极性的扩展,符号位,当输入,数字量有,极性时，希望输出的,模拟电压也对应为,。,原理,：带符号数以补码形式给出。输出为正、负极性的模拟电压。,例：输入为3位二进制补码。最高位为符号位，正数为0，负数为1,绝对值 输入,对应的,输出,偏移后,的输出,d,2,d,1,d,0,1,1,1,+7V,+3V,1,1,0,+6V,+2V,1,0,1,+5V,+1V,1,0,0,+4V,0V,0,1,1,+3V,-1V,0,1,0,+2V,-2V,0,0,1,+1V,-3V,0,0,0,0V,-4V,补码输入,对应的,十进制,要求的,输出,d,2,d,1,d,0,0,1,1,+3,+3V,0,1,0,+2,+2V,0,0,1,+1,+1V,0,0,0,0,0V,1,1,1,-1,-1V,1,1,0,-2,-2V,1,0,1,-3,-3V,1,0,0,-4,-4V,*,将符号位反相后接至高位输入,*,将输出偏移,4V,，使输入为,100,时，输出为,0,双极型,DAC,功能要求,1,d,2,d,2,偏移,4,V,表,8-1,补码输入要求的,DAC,输出,绝对值 输入对应的偏移后 d2 d1,电路实现,:,*,将输出偏移,4V,，使输入为,100,时，输出为,0V,。,*,将符号位反相后接至高位输入，,补码,变为,绝对值,输入。,偏移,4V,，,绝对值,输入,100,时,输出为,0V,。,输入,100,时,由于加入偏移电路,:,I,R,v,O,=,I,R,R,i,=,I,R,+I,B,v,O,=,(,i,I,B,),R,=0,I,B,=,i,2,I,i,=,d,2,+,d,1,+,d,0,4,I,8,I,2,i,=,=,I,2,R,V,REF,2,I,B,= =,=,I,2,R,V,REF,R,B,V,B,图,8-11,具有双极性输出电压的,DAC,电路实现:*将输出偏移4V，使输入为100时，输出为0V。*,用输入数字量的二进制数码位数给出,用输出模拟电压的,非,0,的最小值与最大值的比值表示。,2),转换误差（实际精度）,用,最低有效位,(LSB),的倍数来表示。,有时也用绝对误差与输出电压满刻度的百分数来表示,如：,0.1,FSR,。,1LSB,它表示实际的,D/A,转换特性和理想转换特性之间的最大偏差。,只有最低位,d,0,为,1,时对应输出的模拟电压,0.5LSB,8.2.5 DAC,的主要技术参数,1.,转换精度,转换精度是指,DAC,实际能达到的精确程度。,1),分辨率（理论精度）,2,n,V,REF,2,n,V,REF,(2,n,1),2,n,1,1,0.1,FSR= 0.1,2,n,V,REF,(2,n,1),用输入数字量的二进制数码位数给出1LSB 它表,图,8-12,零点漂移误差,转换误差分析,产生原因,：,主,要是输出放大器的零点漂移产生。,(1),零点漂移误差,当输入数字量为,0,时，,DAC,输出模拟量偏移零点的电压值为,零点漂移误差。,消除方法,：,可以通过调零措施来抑制（零点调节）。（受温度影响）,误差特点,：,零点漂移误差在整个转换范围内是恒定的，叠加在每个理想输出值上。,图8-12 零点漂移误差 转换误差分析产生原因： (1),图,8-13,比例系数误差,（,2,）比例系数误差,DAC,的实际转换特性与理想转换特性的斜率之差。,产生原因：,基准参考电压的误差或输出放大器的增益误差。,误差特点,：,误差与输入数字量的大小成正比。,消除方法,：通过满度调节来消除。,调节输出放大器的放大倍数使输出电压为理想最大值。,2,n,v,O,=, D,n,V,REF,图8-13 比例系数误差（2）比例系数误差DAC的实际转换,（,3,）非线性误差,图,8-14,非线性误差,DAC,实际输出的模拟量与输入数字量的比值在转换范围内不是常数，特性曲线呈非线性。,产生原因：,主要是模拟开关的导通电阻及电路元器件误差对权电流精度的影响。,消除方法：,通过反馈控制进行补偿。,注意,:,D/AC,分为两种一种为运放和参考电源为外接，另一种都集成在集成,D/AC,内部。前者,在选择外接参考电源和运放时要注意，选择稳定性高的，否则会因为误差而降低精度！,（3）非线性误差图8-14 非线性误差 D,图,8-15,DAC,的建立时间,2.,建立时间,DAC,输入数字码发生变化到模拟量达到与新的,稳定值相差,范围,以内所需要的时间。反映了,DAC,的转换速度。,按建立时间的不同，,DAC,可分为低速、中速、高速和超高速 。,类型,建立时间,(,s,),制造工艺,低速,300,CMOS,中速,10,300,CMOS,高速,0.01,10,TTL,或,CMOS,超高速,0.01,高速,ECL,CB7520,、,DAC0832,DAC0808,表,8-3,DAC,的速度指标,ECL,：非饱和型高速逻辑电路,外接运放时，还应考虑运放的时间。,输入信号由全,0,变为全,1,所需时间最长。,LSB,2,1,图8-15 DAC的建立时间2. 建立时间DAC输入数字码,1.,集成,D/A,转换器的选择,1.,输入,2.,输出,3.,电源,4.,转换时间,可以选择内部带运放的电压输出型或需要外部运放的电流输出型,根据电路配置的电源情况,（单极性、双极性,）,根据模拟量的输出范围和误差指标选择幅值,根据系统的转换速率选择,8.2.6,集成,DAC,根据数字量的编码形式选择,根据分辨率,选择,(,n,越大，价格越高）,根据系统数据端口的形式 选择,（串行、并行）,根据输入信号电平选择,（,TTL,、,CMPOS,、,ECL,工艺）,1.集成D/A转换器的选择1.输入2.输出3.电源4.转换时,2. D/A,转换器,0832,带有与,微机连接接口,，可与微机,CPU,直接连接。,图,8-16,DAC0832,的逻辑框图,片选端,写使能,外接运算放大器,传输控制端,输入寄存器使能,电流输出,10,10V,内部反馈电阻,属于,倒,T,形电阻网络,DAC,。,2. D/A转换器0832 带有与微机连接接,在,A/D,转换器中，由于输入模拟信号在时间上是连续的，而输出数字信号是离散的，,所以转换只能在一系列选定的瞬间对输入模拟信号采样,，然后再把这些采样值转换成输出数字量。,8.3,模数转换,ADC,A/D,转换的基本步骤：,采样,保持,编码,量化,由取样保持电路完成,由,A/D,转换电路完成,8.3.1 ADC,的基本原理,图,8-17,输入电压与取样保持信号,在A/D转换器中，由于输入模拟信号在时间上是连续,取样,保持,1.,采样与保持,取样定理,：,取样信号频率,输入信号最高频率分量,在实际的取样保持电路中有一个取样控制信号,V,L,，它的频率就是取样信号频率。,取样保持,电路,v,O,v,I,V,L,f,s,2,f,i,(max),T,s,取样保持1.采样与保持 取样定理：取样信号频率输入信号最高频,取样,保持电路的输出的模拟电压，,化成某个最小数量单位的整数倍,，这个转换过程叫做,量化,。,2.,量化和编码,所取的最小数量单位称为,量化单位,，用表示。,=1LSB,将量化的结果用代码表示，称为,编码,。,某一模拟电压不是量化单位的倍数时，则不可避免会,引入,量化误差,。,0.6,V,0.92,V,=0.2,V,3,4,?,5,?,取样保持电路的输出的模拟电压，化成某个最小,两种量化方案,第一种,:,只舍不入法,量化误差,相当于取整量化,第二种,:,有舍有入法,相当于,4,舍,5,入量化,量化误差,1/2 ,两种量化方案第一种:只舍不入法量化误差相当于取整量化第二,图,8-20,并联比较型,ADC,将输入模拟电压直接转换为数字量，不经过中间变量。,采用第二种量化方案,转换过程,：根据量化方案比较输入模拟信号的大小，然后对比较的结果进行,编码,。,特点：,速度快，,转换时间,小于,50ns,；,需要大量的比较器和,触发器,；,不需要采样保持电路！,直接,A/D,转换器,= 2,V,REF,/,15,8.3.2,并联比较型,ADC,图8-20 并联比较型ADC将输入模拟电压直接转换为数字量,量化转换表,输入模拟电压,V,I,寄存器状态,（代码转换器输入）,数字量输出,（代码转换器输出）,Q,7,Q,6,Q,5,Q,4,Q,3,Q,2,Q,1,d,2,d,1,d,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,0,1,1,0,1,0,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,表,8-4,图,8-20,电路的代码转换表,1,001,量化转换表Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1d2d1d0,8.3.3,逐次渐近型,ADC,数字源,直接,A/D,转换器,数字源,:,二进制加法计数器 （,一个一个数字量比较，直到相等,）,逐次渐进计数器,（一位一位数字量确定）,8.3.3 逐次渐近型ADC数字源直接A/D转换器数字源:,基本思想：,从输出数字量的最高位起,逐位判断该位的值（,0,、,1,）,图,8-21,逐次渐近型,ADC,以输出三位数字量,d,2,d,1,d,0,为例,:,1.,逐次渐近寄存器,给出,100,到,DAC,，,DAC,的,输出,v,O,与,v,I,比较：,v,I,v,O,v,I,v,O,，,v,B,=0,，,FF,A,保持,。,v,I,v,O,，,v,B,=1,，,FF,A,置零,。,确定,d,2,，,Q,A,Q,B,Q,C,=,d,2,10,。,Q,A,Q,B,Q,C,=100,0,1,0,0,第,1,个,CLK,，,Q,1,Q,2,Q,3,Q,4,Q,5,=01000,第,2,个,CLK,，移位寄存器为,00100,。,第,3,个,CLK,移位寄存器为,00010.,0,0,0,1,d,2,1,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,d,2,d,1,1,d,2,d,1,d,0,0,0,0,0,1,转换时间,:,(,n,+2),T,C,输出,d,2,d,1,d,0,。,确定,d,1,，,Q,A,Q,B,Q,C,=,d,2,d,1,1,。,确定,d,0,。,第,4,个,CLK,移位寄存器为,00001,。,移位寄存器初始状态：Q1Q2Q3Q4Q5=10000,(,中间量为,T,电压时间,变换型）,V-T,变换型,1.,组成,:,积分器,比较器,计数器,控制逻辑,波形,Q,A,=0,对,v,I,积分,第一次积分,Q,A,=1,对,-,V,REF,积分,第二次积分,n,位二进制计数器,2,n,个,CLK,计满,使,Q,A,由,0,变,1.,v,O, 0,v,c,=1,控制计数脉冲,控制电子开关,S,0,、,S,1,位置,8.3.4,双积分型,ADC,v,I,v,c,Q,A,v,O,间接,A/D,转换器,图,8-25,双积分型,ADC,的控制逻辑电路,v,L,= 0,，计数器清零，,S,0,闭合，电容完全放电。,v,L,= 1,，转换 。,(中间量为T,电压时间变换型）V-T变换型1.组成:积分器,T,2,=,v,I,V,REF,T,1,第二次积分,:,对参考电源,-,V,REF,定速,积分,v,O,的变化速度由,V,REF,，,R,和,C,决定。,定时时间：,T,1,= 2,n,T,C,T,2,v,I,D,v,I,2.,原理,第一次积分,:,对输入模拟电压,定时,积分,时间为,T,1,由控制逻辑电路决定；,初值,电路,T,2,=,DT,C,v,O,=,v,I,RC,T,1,V,REF,=,RC,T,2,v,I,RC,T,1,D,=,v,I,V,REF,2,n,C,v,O,=,Idt,1,0,T,1,=,dt,CR,v,I,T,1,0,v,O,=,dt,C,1,0,T,2,R,V,REF,v,I,= 0,RC,T,1,DT,C,=,v,I,V,REF,2,n,T,C,图,8-24,双积分,ADC,波形图,T2 = vI VREF T1,3.,性能特点：,转换结果与,R,，,C,无关；也与时钟周期无关，这是两次积分的结果。,性能稳定,抗干扰能力强,积分器对平均值为,0,的干扰有很强的抑制能力。,速度慢。完成一次转换时间约,2,n,+1,T,C,在要求速度不高的场合有广泛的应用。如,数字电压表,等。,缺点,:,因第二次积分期间的计数器值就是,A/D,转换出的数字量,D,。第二次积分期间,(T,2,时间段,),计数器不可达最大值（否则溢出）。,波形,转换时间,:, 2,n,+1,T,C,双积分,A/D,转换器小结,2.,使用条件,:,v,I,T,2,),D,=,V,REF,2,n,v,I,3.性能特点： 转换结果与R，C无关；也与时钟周期无关，这是,1. A/D,转换器的转换精度,采用分辨率和转换误差来描述。,分辨率：,能区分的最小输入模拟电压。（理论精度）,用输出数字量的位数表示。当位数为,n,位 时，能区分的最小电压为,FSR,/2,n,。,转换误差：,通常以输出误差最大值的形式给出。表示实际输出数字量与理论上应有的输出数字量之间的差别。,多以最低有效位的倍数表示，,如转换误差：,有时也以满量程的百分数给出，,如转换误差为,0.05,FSR,8.3.5 ADC,的主要技术参数,2,LSB,1,1. A/D转换器的转换精度采用分辨率和转换误差来描述。分辨,2. A/D,转换器的转换速度,不同类型间速度相差悬殊。,并联比较型,最快，,转换时间小于,50,n,s,。,双积分型 速度,最低，,转换时间多在,数十毫秒到数百毫秒之间。,公式,:,2,(,n,+1),T,C,逐次渐近型,次之，,转换时间多在,10,100,s,之间。,公式,:,(,n,+2),T,C,在速度要求高的场合，还要考虑,取样保持,电路的获取时间。（微秒数量级）。,2. A/D转换器的转换速度不同类型间速度相差悬殊。并联比较,（,1,）被测模拟信号的性质,（,极性、变化率、输入方式,）,（,2,）系统对分辨率、转换误差、及转换速度的要求,（,3,）系统对输出数字量的要求（,码制格式,、输出电平、输出方式,）,（,4,）,A/D,转换器需要的控制信号及时序关系,（,5,）环境条件、功耗、体积、成本等非逻辑因素。,1.,集成器件选择的依据：,8.3.6,集成,ADC,（1）被测模拟信号的性质（极性、变化率、输入方式）（2）系统,4,2.,部分集成,A/D,转换器,参考电压,双积分型、,BCD,码输出,外接,2.0,0.1 mV,40 ms,ICL7135,电荷平衡式,V/F,转换；可单电源供电；,OC,输出,内设,18,0.07%FSR,最高,1MHz,自定,AD650,单通道、逐次渐近、差分输入,5,5,1LSB,8,TLC0831,逐次渐近、自动校准、三态输入输出、,4,通道,5,5,LSB,12,ADC7802,逐次渐近、双极性输入、可单电源工作、输出无缓冲锁存,外接,10,LSB,12,ADC1210,逐次渐近、三态输出、,8,通道,5,5,1LSB,8,ADC0809,Flash,并行、输出锁存,5,5, LSB,8,AD7824KN,说 明,(V),输入电压范围,(V),转换精度,转换时间,/,速率,输出位数,型 号,2.5,s,100,s,200,s,8.5,s,32,s,表,8-5,部分集成,ADC,介绍,42.部分集成A/D转换器参考电压双积分型、BC,V,L,为取样控制信号,采样,：,V,L,为高电平时，,场效应管,T,导通,，进行,取样,。就是,v,I,通过,电阻,R,I,对电容,C,H,充电，充电结束后为：,保持,：,V,L,为低电平时，,T,截止。集成运放的输入电阻很大，取样,电容,C,H,上的电荷无泄放回路,，就可以认为在一定时间内,v,O,将保持不变。,电路缺点,：输入电阻,R,I,过大会降低取样速度；过小又加重信号,源负载。,改进方法,：在输入端加隔离放大器。,8.4,取样,-,保持,电路,v,O,=,v,I,R,I,R,F,图,8-26,取样,保持电路基本形式,VL为取样控制信号采样：VL为高电平时，场效应管T导通，进行,集成取样,-,保持电路,LF398,在取样阶段，开关,S,接通，运放,A,1, A,2,构成两级电压跟随器，即,v,O1,v,I,对电容,C,H,充电，充电结束后为：,v,O,=,v,I,外接保持电容,二极管,D,1, D,2,和电阻,R,1,构成保护电路。如,D,1,导通,v,O1,=,v,I,+,V,D1,在取样阶段，,S,接通，,v,O1,=,v,O,，,D,1, D,2,截止，保护电路不起作用。,保护电路,图,8-27,集成取样,保持电路,LF398,集成取样-保持电路LF398 在取样阶段，开关S接,在,t,=0,时刻，输入的信号变化率最大，,如果被采样的模拟信号,变化,相当,缓慢,或采用了,足够快,的,A/D,转换器,，在完成一次量化中均能保证模拟信号的变化小于一个量化单位，就可,省略保持电路,。,允许,A/D,转换器的,最大,转换时间：,实际应用中采样,保持电路中的保持电路不一定是必要的。,例如：输入的模拟信号是正弦信号,v,I,(,t,) =,E,sin,t,该器件的量化单位为,:,2,n,2,E,=,=,E,=E,2,f,dt,dv,I,(t),t=,0,在,t,c,间隔里，,E=E2,ft,C,v,O,，,v,B,=0,，,FF,A,保持,。,v,I,v,O,，,v,B,=1,，,FF,A,置零,。,确定,d,2,，,Q,A,Q,B,Q,C,=,d,2,10,。,Q,A,Q,B,Q,C,=100,0,1,0,0,第,1,个,CLK,，,Q,1,Q,2,Q,3,Q,4,Q,5,=01000,第,2,个,CLK,，移位寄存器为,00100,。,第,3,个,CLK,移位寄存器为,00010.,0,0,0,1,d,2,1,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,d,2,d,1,1,d,2,d,1,d,0,0,0,0,0,1,转换时间,:,(,n,+2),T,C,输出,d,2,d,1,d,0,。,确定,d,1,，,Q,A,Q,B,Q,C,=,d,2,d,1,1,。,确定,d,0,。,第,4,个,CLK,移位寄存器为,00001,。,移位寄存器初始状态：Q1Q2Q3Q4Q5=10000,习题与思考题,题,8.1,已知某,8,位倒,T,形电阻网络,DAC,电路中，输入二进制数,10000000,，输出模拟电压。当输入二进制数,10101000,时，计算输出模拟电压的大小。,解,：,题,8.2,在如图,8-28,所示的,DAC,电路中，给定，试计算：,（,1,）输入数字量的每一位为,1,时在输出端产生的电压值。,（,2,）输入为全,1,、全,0,和,1000000000,时对应的输出电压值。,习题与思考题题8.1 已知某8位倒T形电阻网络DAC电路中,解,：,倒,T,形电阻网络,DAC,的公式,（,1,）,-,每一位的,1,在输出端产生的电压分别为,2.5V,，,1.25V,，,0.625V,，,0.313V,，,0.156V,，,78.13mV,，,39.06mV,，,19.53mV,，,9.77mV,，,4.88mV,。,（,2,）输入全,1,、全,0,和,1000000000,时的输出电压分别为,4.995V,，,0V,和,2.5V,。,题,8.3,对于一个,8,位,DAC,：,（,1,）若最小输出电压增量为,0.02V,，试问当输入代码为,01001111,时，输出电压为多少？,（,2,）若其分辨率用百分数表示，则应是多少？,解：（,1,）最小输出电压增量对应输出代码最低位为,1,的情况（即输入代码为,00000001,），所以当输入代码为,01001111,时，输出电压为,（,2,）,DAC,的分辨率用百分数表示最小输出电压与最大输出电压之比。,对于该,8,位,DAC,，其分辨率用百分数表示为,解：倒T形电阻网络DAC的公式 （1） -,题,8.4,如图,8-29,所示是用,CB7520,和同步十六进制计数器,74LS161,组成的波形发生器电路。已知,CB7520,的，试画出输出电压的波形，并标出波形图中各电压的幅度。,解：,题8.4 如图8-29所示是用CB7520和同步十六进制计,题,8.5,用一个,4,位二进制计数器,74LS161,、一个,4,位数模转换电路和一个,2,输入与非门设计一个能够产生如图,8-30,所示波形的波形发生器电路。,解：,题8.5 用一个4位二进制计数器74LS161、一个4位数,题,8.6,若,ADC,（包括取样,保持电路）输入模拟电压信号的最高变化频率为,10kHz,，试说明取样频率的下限是多少？完成一次模数转换所用的时间上限是多少？,题,8.7,在,10,位逐次渐近型,ADC,中，其,DAC,输出电压波形与输入电压如图,8-31,所示。,（,1,）求转换结束时，该,ADC,的数字输出状态为多少？,（,2,）若该,DAC,的最大输出电压为,14.322V,，试估计此时的范围。,解：取样频率下限,20kHz,，所用时间上限,50,题8.6 若ADC（包括取样保持电路）输入模拟电压信号的,据以上分析，该,ADC,的数字输出为,（,2,）由图,8-31,（,b,）可见，在,-,期间 比 要大一些,，故此时的数字输出量 所代表的电压值比此时的 要小 ，因此 的实际值是介于,0101101100,所代表的模拟电压与,0101101011,所代表的模拟电压之间。,0- t,1,期间： 则此时逐次渐近寄存器最高位 被置,0,。,t,1,- t,2,期间： 则此时逐次渐近寄存器 保留,1,。,t,2,- t,3,期间： 则此时逐次渐近寄存器最高位 被置,0,。,t,3,- t,4,期间： 则此时逐次渐近寄存器最高位 被置,1,。,t,4,- t,5,期间： 则此时逐次渐近寄存器最高位 被置,1,。,t,5,- t,6,期间： 则此时逐次渐近寄存器最高位 被置,0,。,t,6,- t,7,期间： 则此时逐次渐近寄存器最高位 被置,1,。,t,7,- t,8,期间： 则此时逐次渐近寄存器最高位 被置,0,。,t,8,- t,9,期间： 则此时逐次渐近寄存器最高位 被置,1,。,t,9,- t,10,期间： 则此时逐次渐近寄存器最高位 被置,1,。,解：,据以上分析，该ADC的数字输出为 （2）由图8-31（b）可,题,8.9,在双积分,ADC,中，试问：,（,1,）两次积分完毕时输出电压分别为多少？,（,2,）设第一次积分时间为，第二次积分时间为，总积分时间为，问输出数字量与哪个时间成正比。,（,3,）若 ，其中 为参考电压， 为输入电压，则转换过程会产生什么现象？,解,：（,1,）,n,位逐次渐近型,ADC,完成一次转换操作所需要的时间为,n+2,个时钟周期，因为时钟频率为,500kHz,， 所以转换时间为,如果要求转换时间不得大于,10,则 所以要求时钟频率大于,1.2MHz,。,题,8.8,如果一个,10,位逐次渐近型,ADC,的时钟频率为,500kHz,，试计算完成一次转 换操作所需要的时间。如果要求转换时间不得大于,10,，那么时钟信号频率应选多少？,解：（,1,）第一次积分完毕输出电压为 第二次积分完毕输出电压为 。,（,2,）输出数字量与时间,T,2,成正比,。,（,3,）若 ，双积分,ADC,第一次对输入电压 进行定时积分的时间将小于第二次对恒定基准电压 进行定值积分的时间，这样会使计数器在记满时仍达不到第二次积分的时间，会使转换结果错误,。,题8.9 在双积分ADC中，试问：解：（1）n位逐次渐近型,题,8.10,如果一个,10,位双积分型,ADC,的时钟信号频率为,1MHz,，试计算转换器的最大转换时间。,解：转换所需时间 ，时钟频率是,1MHz,， ，所以最大转换时间为,2.048ms,。,题8.10 如果一个10位双积分型ADC的时钟信号频率为1,谢谢,骑封篙尊慈榷灶琴村店矣垦桂乖新压胚奠倘擅寞侥蚀丽鉴晰溶廷箩侣郎虫林森,-,消化系统疾病的症状体征与检查林森,-,消化系统疾病的症状体征与检查,谢谢骑封篙尊慈榷灶琴村店矣垦桂乖新压胚奠倘擅寞侥蚀丽鉴晰溶廷,57,骑封篙尊慈榷灶琴村店矣垦桂乖新压胚奠倘擅寞侥蚀丽鉴晰溶廷箩侣郎虫林森,-,消化系统疾病的症状体征与检查林森,-,消化系统疾病的症状体征与检查,骑封篙尊慈榷灶琴村店矣垦桂乖新压胚奠倘擅寞侥蚀丽鉴晰溶廷箩侣,58,
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