AD转换器原理

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,第6章:集成,DAC,和,ADC,的原理与组成,6-1 集成数模转换器（,DAC）,6-2,集成模数转换器（,ADC）,6-3,应用举例,典型的数字控制系统框图,6-1 集成数模转换器（,DAC）,DAC:,把输入的数字量变换成与之成一定比例的模拟量。,D：,n,位数字量,K：,比例常数,V,REF,：,参考电压,V,LSB,：,最小输出 电压（,D=1,时的输出电压）,6-1 集成数模转换器（,DAC）,6-1-1 常用,D/A,换器技术,6-1-2 集成,DAC,的组成,6-1-3,DAC,的主要技术参数,6-1-4,集成,DAC,芯片的选择,6-1-5 典型集成,DAC,应用举例,6-1-1 常用,D/A,转换技术,一、权电阻网络,DAC,特点：电阻取值太多。,二、,T,型电阻网络,DAC（1）,电流相加型,特点：流过开关的电流变化较大。,T,型电阻网络,DAC（2）,电压相加型,特点：流过开关的电流变化较大。,三、倒,T,型电阻网络,DAC,特点：开关的接触电阻影响转换精度。,四、电流激励型,DAC,特点：用恒流源,I,REF,开关用差分放大器，速度高。,五、双极性转换,DAC（1）,1、偏移二进制码,2、补码,双极性转换,DAC（2）,当输入为100时，输出为0。因此，要注入偏置电流。,输入从-,1到0,变化时，输入所有位都变，将会产生最大的毛刺。,6-1-2 集成,DAC,的组成,1、仅集成电阻网络和模拟开关。,2、集成了电阻网络、模拟开关、参考电源和输出运算放大器。,3、除上之外，还集成了外围接口电路,、带输入缓冲器或锁存器,、带输入数据分配器,、带输入串并变换器,、带输入,FIFO,6-1-3,DAC,的主要技术指标（1）,二、转换误差,失调误差 增益误差 非线性误差,DAC,的主要技术指标（2）,三、建立时间,D/A,转换器输入发生 阶跃到 输出稳定在规定的误差范围内的最大时间,。,低速：建立时间300,s,工作速度3.3,KHz,中速：建立时间10,300,s,工作速度100,3,.3,kHz,高速：建立时间0.01,10,s,工作速度100,MHz100kHz,6-1-4 集成,DAC,芯片的选择,DAC,芯片的选择,1.输入数字量的特征,2.负载特性,3.参考电源的特性,4.动态特性,5.接口特性,6.工作条件、环境条件,6-1-5 典型集成,DAC,应用举例,DAC0832,功能图,DAC0832,内倒,T,形,网络,双缓冲工作方式连接图和时序图,单缓冲和直通工作方式,6-2 集成模数转换器（,ADC）,6-2-1,A/D,转换的一般过程,6-2-2 常用,A/D,转换技术,6-2-3,集成,ADC,的组成,6-2-4,ADC,的主要技术参数,6-,2-5,集成,ADC,芯片的选择,6-2-6 典型集成,ADC,应用举例,ADC：,把模拟信号转换为一定格式的数字量。,6-2-1,A/D,转换的一般过程,一、采样和保持,采样：,以一定的周期读取输入电压信号。,采样定理：,f,s,2,f,Amax,工程上：,f,s,10f,Amax,保持：,使读取的信号在周期内不变。,采样和保持电路,二、量化和编码,量化：把取样电平归化到最接近的离散电平上。,编码：用二进制码表示离散电平。,四舍五入 去零求整,量化误差：,6-2-2 常用,A/D,转换技术,一、,并行型,A/D,转换器,二、串/并型,A/D,转换器,三、逐次比较型,A/D,转换器,四、双积分型,A/D,转换器,五、,V-F,型,A/D,转换器,六、,-,型,A/D,转换器,一、,并行型,A/D,转换器,并行型,A/D,转换器,八位双极性快速并行型,A/D,转换器,特点：转换速度高（100,MHz,以上）,器件量过大，精度不高。,二、串/,并行型,A/D,转换器,特点：兼顾转换速度和器件量。,三、逐次比较,型,A/D,转换器,特点：转换速度中速（几十,K,到几百,KHz），,成本较底。,12位二进制,A/D,转换电压2865（量化单位）的比较过程,逐次比较型,ADC,的,V,F,波形图,（,V,A,=2865,量化单位）,4位十进制,A/D,转换电压3495的比较过程,四、双积分,型,A/D,转换器,1、开始时，计数器为零，电容,C,上,电压为零。,2、第一阶段：,S,1,接通，,S,2,断开，积分器对,V,A,积分，,G,为高，门开，计数器计数，直到计满，计数器重新回零。,3、第二阶段：,S,2,接通，,S,1,断开，积分器对-,V,REF,积分，,G,为高，门开，计数器计数，直到,G,低，门关，计数器停止计数。,双积分,型,A/D,转换器工作原理,3位半,BCD,码,双积分,型,ADC,功能图,图,6-3-3,ICL7135,连接图和工作时序图,数字设计引论,6-3,ADC,和,DAC,的应用实例,1、抗干扰能力强。,2、电路结构简单。,3、编码方便。,4、转换速度低。,双积分,型,A/D,转换器的特点,五、,V-F,型,A/D,转换器（电压-频率-数字）,V-F,型,A/D,转换器逻辑图,六、,-,型,A/D,转换器,-,型,ADC,在,v,A,=0,时的工作波形,-,型,ADC,在,v,A,=8V,时的工作波形,-,型,ADC,在,v,A,=8V,时的,各点电压或逻辑关系表,一种集成,-,型,ADC,原理框图,6-2-3 集成,ADC,的组成,1、仅集成量化编码器电路。,2、集成了,S-H,电路和量化编码器电路。,3、除上之外，还集成了外围接口电路。,、带有各种输出接口,、带有多路输入通道选择,、带有内部存储器,、带有输出分配电路,、,带有微处理器的可编程,ADC,6-2-4,ADC,的主要技术参数,二、转换误差：,绝对误差：定义为输出数字量对应的理论模拟值与实际输入模拟值之间的差值（1/2,LSB, 1LSB) 。,相对误差：定义为上述差值与额定最大输入模拟值的百分数（ 0.05%， 0.1%)。,三、转换时间：,ADC,完成一次转换所需的时间。,6-2-5 集成,ADC,的选择,要考虑的因素：,一、输入模拟量的性质,二、系统对分辨率、转换精度、转换时间等的要求,三、参考电压,四、输出要求,五、控制时序,六、环境要求,七、功耗、体积、成本等,集成,ADC,产品的选择,6-2-6 集成,ADC,应用举例（1）,ADC0809,逻辑图,集成,ADC,应用举例（2）,ADC0809,时序图,6-3 应用实例,压力、温度测控仪,压力温度测控仪方案图,图,6-3-3,ICL7135,连接图和工作时序图,数字设计引论,6-3,ADC,和,DAC,的应用实例,