1、電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC9.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC第第 九九 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院隨著數(shù)字技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與普隨著數(shù)字技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，使得及，使得數(shù)字系統(tǒng)具有數(shù)字系統(tǒng)具有了模擬系統(tǒng)無(wú)法比擬的了模擬系統(tǒng)無(wú)法比擬的高可高可靠性靠性、高抗干擾能力高抗干擾能力和和高度智能化高度智能化等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。第第 九九 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)

2、字系統(tǒng)只能對(duì)數(shù)字量進(jìn)行處理，而實(shí)際信號(hào)大多是連數(shù)字系統(tǒng)只能對(duì)數(shù)字量進(jìn)行處理，而實(shí)際信號(hào)大多是連續(xù)變化的模擬量。因此，需要把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，續(xù)變化的模擬量。因此，需要把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，才能送入數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理。而才能送入數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理。而經(jīng)過(guò)數(shù)字系統(tǒng)處理后的經(jīng)過(guò)數(shù)字系統(tǒng)處理后的數(shù)字量，在大多數(shù)情況下又要再轉(zhuǎn)換成模擬量，才能驅(qū)數(shù)字量，在大多數(shù)情況下又要再轉(zhuǎn)換成模擬量，才能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作。動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作。 電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院第第 九九 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換從數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱(chēng)為從數(shù)字

3、信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱(chēng)為數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換模轉(zhuǎn)換，或稱(chēng)為，或稱(chēng)為D/A（Digital to Analog）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的電路稱(chēng)轉(zhuǎn)換的電路稱(chēng)為為D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)DAC （Digital Analog Converter）從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱(chēng)為從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱(chēng)為模模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換，或稱(chēng)為，或稱(chēng)為A/D（Analog to Digital）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱(chēng)轉(zhuǎn)換的電路稱(chēng)為為A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)ADC（Analog Digital Converter）電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子

4、工程學(xué)電子工程學(xué)院院第第 九九 章章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換 為保證數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，為保證數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，ADC和和DAC必須有必須有足夠的足夠的轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度。 為適應(yīng)快速過(guò)程的控制和檢測(cè)的需要，為適應(yīng)快速過(guò)程的控制和檢測(cè)的需要，ADC和和DAC還必須有足夠快的還必須有足夠快的轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度。衡量衡量ADC和和DAC性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)：性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)：轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度和和轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)DAC9.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC倒倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)

5、DAC權(quán)電流型權(quán)電流型DAC權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)DAC樹(shù)形開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)樹(shù)形開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)DACD/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字量的輸入有兩種方式：轉(zhuǎn)換器數(shù)字量的輸入有兩種方式：并行并行輸入輸入和和串行輸入串行輸入T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9.1.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理在數(shù)字系統(tǒng)中，數(shù)字量廣泛采用二進(jìn)制編碼，每一位數(shù)碼都有在數(shù)字系統(tǒng)中，數(shù)字量廣泛采用二進(jìn)制編碼，每一位數(shù)碼都有固定的權(quán)。若固定的權(quán)。若n位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)Dn=dn1dn-2d1d0，則從，則從最高位最高位(Most Significant B

6、it, MSB)到到最低位最低位(Least Significant Bit, LSB)的權(quán)依次是的權(quán)依次是2n-1、2n-2、21、20。設(shè)設(shè)DAC輸入為輸入為n位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)Dn=dn1dn-2d1d0 ，輸出為模擬電壓，輸出為模擬電壓vo，則，則輸出模擬量輸出模擬量vo的值與輸入數(shù)字量的值與輸入數(shù)字量Dn的大小成正比的大小成正比，假設(shè)，假設(shè)D/A轉(zhuǎn)換的比例系數(shù)為轉(zhuǎn)換的比例系數(shù)為k，則，則:10)2(niiiodkvDn的桉權(quán)的桉權(quán)展開(kāi)式展開(kāi)式為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，必須把每一位數(shù)碼按權(quán)轉(zhuǎn)換為相必須把每一位數(shù)碼按權(quán)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量應(yīng)的模擬量，然后再將這些轉(zhuǎn)

7、換后的模擬量相加然后再將這些轉(zhuǎn)換后的模擬量相加，才能，才能得到與得到與數(shù)字量成正比的模擬量數(shù)字量成正比的模擬量。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院D/A轉(zhuǎn)換中數(shù)字量與模擬量的對(duì)應(yīng)關(guān)轉(zhuǎn)換中數(shù)字量與模擬量的對(duì)應(yīng)關(guān)系系 相鄰代碼轉(zhuǎn)換出的電相鄰代碼轉(zhuǎn)換出的電壓值是不連續(xù)的。壓值是不連續(xù)的。二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼0001所對(duì)應(yīng)所對(duì)應(yīng)的輸出電壓是的輸出電壓是DAC能分能分辨出來(lái)的最小輸出電壓，辨出來(lái)的最小輸出電壓，用用1LSB表示。表示。 二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼1111所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的輸出電壓是輸出電壓是DAC能輸出的能輸出的最大電壓，稱(chēng)為最大電壓，

8、稱(chēng)為滿(mǎn)度電壓滿(mǎn)度電壓(Full Scale Range, FSB)，用用1FSB表示。表示。 1LSB1V1FSB15V電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院D/A轉(zhuǎn)換中數(shù)字量與模擬量的對(duì)應(yīng)關(guān)轉(zhuǎn)換中數(shù)字量與模擬量的對(duì)應(yīng)關(guān)系系 當(dāng)當(dāng)最大輸出電壓確定以最大輸出電壓確定以后后，輸入數(shù)字量的位數(shù)輸入數(shù)字量的位數(shù)越多越多，輸出模擬量的階輸出模擬量的階梯間隔就愈小梯間隔就愈小，相鄰兩，相鄰兩組代碼轉(zhuǎn)換出來(lái)的模擬組代碼轉(zhuǎn)換出來(lái)的模擬量的差值也愈小，則量的差值也愈小，則DAC的分辨率愈高的分辨率愈高。 電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhan

9、gyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院D/A轉(zhuǎn)換器的原理框圖轉(zhuǎn)換器的原理框圖 串行或并行輸入的數(shù)字量首先保存在數(shù)碼寄存器中，串行或并行輸入的數(shù)字量首先保存在數(shù)碼寄存器中，數(shù)碼寄存器的輸出按位驅(qū)動(dòng)模擬開(kāi)關(guān)數(shù)碼寄存器的輸出按位驅(qū)動(dòng)模擬開(kāi)關(guān)，使，使數(shù)碼為數(shù)碼為1的位的位在解碼網(wǎng)絡(luò)中在解碼網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生與其位權(quán)成正比的電流值產(chǎn)生與其位權(quán)成正比的電流值并流入求并流入求和電路。求和電路將各電流值相加，再由運(yùn)算放大器和電路。求和電路將各電流值相加，再由運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成與數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。轉(zhuǎn)換成與數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。 電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)

10、院院9. 1.2 權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)DAC數(shù)字量輸入端數(shù)字量輸入端最高位最高位(most significant Bit)最低位最低位(Least Significant Bit)模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)求和放大器求和放大器（負(fù)反饋放大器）（負(fù)反饋放大器）權(quán)電阻權(quán)電阻模擬量模擬量輸出端輸出端精密基精密基準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9. 1.2 權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)DAC模擬開(kāi)關(guān)受輸入數(shù)字模擬開(kāi)關(guān)受輸入數(shù)字di的控制，的控制，di=1時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)接到基準(zhǔn)電壓接到基準(zhǔn)電壓VREF上，上，di=0時(shí)，開(kāi)關(guān)接地

11、。時(shí)，開(kāi)關(guān)接地。0FoRviiRvFo33dRVIREF222dRVIREF1212dRVIREF0302dRVIREFRF=R/2，則：，則：)2222(2001122333ddddRRVvFREFo)(0123IIIIRF)2222(2001122334ddddVvREFoDn=d3d2d1d0的按權(quán)展開(kāi)式的按權(quán)展開(kāi)式電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9. 1.2 權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)DAC)2222(2001122111ddddRRVvnnnnnFREFo 推廣：推廣：對(duì)于對(duì)于n位的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)位的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC10)2

12、(2niiinREFdV輸出的模擬電壓正比于輸入的數(shù)字量輸出的模擬電壓正比于輸入的數(shù)字量Dn。Dn=dn-1dn-2d1d0的按權(quán)展開(kāi)式的按權(quán)展開(kāi)式nnREFDV2當(dāng)反饋電阻取當(dāng)反饋電阻取RFR/2時(shí)時(shí) )2222(200112211ddddVvnnnnnREFo 101)2(2niiinFREFdRRVnnFREFDRRV12Dn=dn-1dn-2d1d0的按權(quán)展開(kāi)式的按權(quán)展開(kāi)式電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9. 1.2 權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)DACnnREFoDVv2Dn=0vo=0Dn=1111REFnnoVv212

13、若將若將VREF取為負(fù)值，則輸出為正電壓。取為負(fù)值，則輸出為正電壓。電路優(yōu)點(diǎn)：所用電阻元件數(shù)很少。電路優(yōu)點(diǎn)：所用電阻元件數(shù)很少。電路缺點(diǎn)：電阻阻值相差電路缺點(diǎn)：電阻阻值相差較大，難以在極寬的阻值較大，難以在極寬的阻值范圍內(nèi)保證電阻的精度。范圍內(nèi)保證電阻的精度。轉(zhuǎn)換精度取決于基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換精度取決于基準(zhǔn)電壓VREF、模擬電子開(kāi)關(guān)、求、模擬電子開(kāi)關(guān)、求和放大器和各權(quán)電阻值的精度。和放大器和各權(quán)電阻值的精度。 電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院例例9.1.1 4位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC如圖所示，設(shè)基準(zhǔn)電壓如圖所示，設(shè)基準(zhǔn)電壓VREF=8

14、V，RF=R/2，試求當(dāng)輸入二進(jìn)制數(shù)，試求當(dāng)輸入二進(jìn)制數(shù)d3d2d1d0=1101時(shí)輸出的電壓值，以及時(shí)輸出的電壓值，以及LSB和和FSB的值。的值。 )2222(2001122333ddddRRVvFREFo)21202121 (28 01234V5 . 613284V5 . 01)16/8(LSB1V5 . 715)16/8(FSB解：解：電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9.1.4 倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC電阻阻值只有電阻阻值只有R和和2R兩種。兩種。求和放大器反相輸入端求和放大器反相輸入端“虛地虛地”，因此無(wú)論開(kāi)，因此

15、無(wú)論開(kāi)關(guān)接通哪邊，都相當(dāng)于關(guān)接通哪邊，都相當(dāng)于接到接到“地地”電位上。電位上。RVIREF各支路的電流依次為各支路的電流依次為I/2、I/4、I/8和和I/16。RRRRRDDCCBBAARAARBBRCCRDD電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9.1.4 倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC012316842dIdIdIdIi電子開(kāi)關(guān)受輸入數(shù)字電子開(kāi)關(guān)受輸入數(shù)字di的控制，的控制，di=1時(shí)，開(kāi)關(guān)接到放大時(shí)，開(kāi)關(guān)接到放大器的反相輸入端器的反相輸入端V-上，上，di=0時(shí)，開(kāi)關(guān)接地。時(shí)，開(kāi)關(guān)接地。)2222(2001122334ddddR

16、RViRvFREFFoRVIREF推廣：推廣：)2222(200112211ddddRRVvnnnnnFREFo 10)2(2niiinFREFdRRV輸出的模擬電壓正比輸出的模擬電壓正比于輸入的數(shù)字量于輸入的數(shù)字量Dn。nnFREFDRRV2電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9.1.4 倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC提高轉(zhuǎn)換精度的方法：提高轉(zhuǎn)換精度的方法： (1) 基準(zhǔn)電壓源的穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓源的穩(wěn)定性好；性好；(2)倒倒T形電阻網(wǎng)形電阻網(wǎng)絡(luò)中絡(luò)中R和和2R電阻比值的電阻比值的精度要高；精度要高；(3)每個(gè)模每個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電壓降要

17、擬開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電壓降要相等。相等。 nnFREFoDRRVv2電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院例例9.1.2 在如圖所示的倒在如圖所示的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC中，設(shè)中，設(shè)n=8，VREF=10V，RF=R，試求：，試求：(1) 當(dāng)輸入數(shù)字量當(dāng)輸入數(shù)字量D801011010時(shí)的輸出電壓。時(shí)的輸出電壓。(2) 若若RF=2R，輸出電壓又是多少？，輸出電壓又是多少？解：解：)2(2708iiiFREFodRRVvV52. 39025610)21212121 (21013468RRVvo03. 790256210RF=2R時(shí)時(shí):電路中

18、心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院建立時(shí)間建立時(shí)間tset：從輸入的數(shù)字：從輸入的數(shù)字量發(fā)生變化開(kāi)始，直到輸出量發(fā)生變化開(kāi)始，直到輸出電壓電壓(或電流或電流)進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差相差 0.5LSB范圍以?xún)?nèi)的范圍以?xún)?nèi)的這這段時(shí)間為建立時(shí)間。段時(shí)間為建立時(shí)間。9.1.6 DAC的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)tset1、轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換速度輸入數(shù)字變化越大輸入數(shù)字變化越大，建立時(shí)間越長(zhǎng)建立時(shí)間越長(zhǎng)，因此，因此一般產(chǎn)品手一般產(chǎn)品手冊(cè)中給出的都是輸入數(shù)字量從全冊(cè)中給出的都是輸入數(shù)字量從全0 0跳變?yōu)槿優(yōu)槿?(1(或從全或從全1 1跳變?yōu)槿?/p>

19、為全0)0)時(shí)的建立時(shí)間時(shí)的建立時(shí)間，它是，它是DACDAC的最大響應(yīng)時(shí)間，的最大響應(yīng)時(shí)間，所以用它衡量轉(zhuǎn)換速度的快慢。所以用它衡量轉(zhuǎn)換速度的快慢。 電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院1、轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換速度在不包含集成運(yùn)算放大器的單片集成在不包含集成運(yùn)算放大器的單片集成DAC中，中，建立時(shí)間最短可達(dá)建立時(shí)間最短可達(dá)0.1 s；在包含運(yùn)算放大器的；在包含運(yùn)算放大器的DAC中，建立時(shí)間最短可達(dá)中，建立時(shí)間最短可達(dá)1.5 s。 外加運(yùn)算放大器構(gòu)成外加運(yùn)算放大器構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的，運(yùn)放的建立轉(zhuǎn)換器的，運(yùn)放的建立時(shí)間將成為時(shí)間將成為D/A變換器

20、建立時(shí)間的主要成分。因變換器建立時(shí)間的主要成分。因此為了獲得較快的轉(zhuǎn)換速度，應(yīng)此為了獲得較快的轉(zhuǎn)換速度，應(yīng)選用轉(zhuǎn)換速率較選用轉(zhuǎn)換速率較快的運(yùn)放快的運(yùn)放。 電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院2、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換精度分辨率分辨率：D/AD/A轉(zhuǎn)換器能夠分辨出來(lái)的最小電壓轉(zhuǎn)換器能夠分辨出來(lái)的最小電壓V V（此（此時(shí)輸入數(shù)字量只有最低位為時(shí)輸入數(shù)字量只有最低位為1 1，其余各位都是，其余各位都是0 0，即，即1LSB1LSB）與最大輸出電壓）與最大輸出電壓V Vmaxmax（此時(shí)輸入數(shù)字量所有的有（此時(shí)輸入數(shù)字量所有的有效位全為效位全為1 1，

21、即，即1FSB1FSB）之比。）之比。maxVV分辨率分辨率 121nnnREFODVv2nREFVV2) 12(2maxnnREFVV描述轉(zhuǎn)換精度的指標(biāo)：描述轉(zhuǎn)換精度的指標(biāo)：分辨率分辨率和和轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差分辨率值越小，分辨率越高。分辨率值越小，分辨率越高。 n越大，分辨率越高。越大，分辨率越高。 FSBOLSBOVV11電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入量的微小變化的反應(yīng)越靈分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入量的微小變化的反應(yīng)越靈敏。而分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)，敏。而分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)，n越大，分辨越大

22、，分辨率越高。率越高。 分辨率分辨率分辨率分辨率：用輸入二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。：用輸入二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。分辨率為分辨率為n位的位的D/A轉(zhuǎn)換器中，輸出模擬電壓的大小應(yīng)轉(zhuǎn)換器中，輸出模擬電壓的大小應(yīng)能夠區(qū)分出輸入代碼從全能夠區(qū)分出輸入代碼從全0到全到全1的全部的全部2n個(gè)狀態(tài)，給個(gè)狀態(tài)，給出出2n個(gè)不同等級(jí)的輸出電壓。個(gè)不同等級(jí)的輸出電壓。分辨率表示分辨率表示D/A轉(zhuǎn)換器在理論上可以達(dá)到的精度。轉(zhuǎn)換器在理論上可以達(dá)到的精度。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院實(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度由轉(zhuǎn)換誤差決定。實(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度由轉(zhuǎn)換誤差決定。轉(zhuǎn)換

23、誤差是轉(zhuǎn)換誤差是指實(shí)際輸出的模擬電壓與理想值之間的最大偏差指實(shí)際輸出的模擬電壓與理想值之間的最大偏差。 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差常用常用最大偏差與最大偏差與FSB之比的百分?jǐn)?shù)之比的百分?jǐn)?shù)或或若干個(gè)若干個(gè)LSB表示表示。 轉(zhuǎn)換誤差是轉(zhuǎn)換誤差是非線(xiàn)性誤差非線(xiàn)性誤差、漂移誤差漂移誤差和和增益誤差增益誤差等等三種誤差的綜合指標(biāo)。三種誤差的綜合指標(biāo)。 電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院非線(xiàn)性誤差是一種沒(méi)有一定變化規(guī)律的誤差，一般用非線(xiàn)性誤差是一種沒(méi)有一定變化規(guī)律的誤差，一般用在輸入數(shù)字量滿(mǎn)刻度范圍內(nèi)，輸出電壓偏離理想轉(zhuǎn)移在輸入數(shù)字量滿(mǎn)刻

24、度范圍內(nèi)，輸出電壓偏離理想轉(zhuǎn)移特性的最大值來(lái)表示。特性的最大值來(lái)表示。 非線(xiàn)性誤差非線(xiàn)性誤差(非線(xiàn)性度非線(xiàn)性度)產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差的原因有很多，如產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差的原因有很多，如電路中的各模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻和電路中的各模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降的偏差。每個(gè)開(kāi)關(guān)處于不導(dǎo)通壓降的偏差。每個(gè)開(kāi)關(guān)處于不同位置同位置(接地或接接地或接VREF)時(shí)的開(kāi)關(guān)壓降時(shí)的開(kāi)關(guān)壓降和電阻也不一定相等。在電阻網(wǎng)絡(luò)和電阻也不一定相等。在電阻網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)支路上的電阻值也可能存中，每個(gè)支路上的電阻值也可能存在偏差。在偏差。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院漂移誤差是由于

25、漂移誤差是由于運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移的零點(diǎn)漂移造成的。這種誤造成的。這種誤差與數(shù)字量的大小無(wú)關(guān)，差與數(shù)字量的大小無(wú)關(guān)，它它只把理想直線(xiàn)向上或者向下只把理想直線(xiàn)向上或者向下平移平移，使之不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，并，使之不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，并不改變其線(xiàn)性，因此也稱(chēng)它不改變其線(xiàn)性，因此也稱(chēng)它為為平移誤差平移誤差。 漂移誤差漂移誤差(平移誤差平移誤差)電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院增益誤差是指增益誤差是指實(shí)際轉(zhuǎn)換實(shí)際轉(zhuǎn)換特性的斜率與理想特性特性的斜率與理想特性曲線(xiàn)斜率的偏差曲線(xiàn)斜率的偏差。 增益誤差增益誤差為獲得高精度的為獲得高精度的D/A轉(zhuǎn)換器，單

26、轉(zhuǎn)換器，單純依靠選用高分辨率的純依靠選用高分辨率的D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器件是不夠的，還需要有器件是不夠的，還需要有高穩(wěn)高穩(wěn)定度的參考電壓源定度的參考電壓源VREF和和低零漂低零漂的運(yùn)算放大器的運(yùn)算放大器等器件與之配合等器件與之配合才能獲得較高的轉(zhuǎn)換精度。才能獲得較高的轉(zhuǎn)換精度。 基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓VREF和和運(yùn)算放大運(yùn)算放大器增益不穩(wěn)定器增益不穩(wěn)定都可以造成都可以造成增益誤差。增益誤差。 電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院溫度系數(shù)溫度系數(shù) 溫度系數(shù)是指輸入不變的情況下，輸出模擬電溫度系數(shù)是指輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量

27、。一般壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿(mǎn)刻度輸用滿(mǎn)刻度輸出條件下溫度每升高出條件下溫度每升高1 C，輸出電壓變化的百輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。 電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器9.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理在一系列選定的瞬間對(duì)輸入的模擬信號(hào)在一系列選定的瞬間對(duì)輸入的模擬信號(hào)采樣采樣，采樣結(jié)，采樣結(jié)速后進(jìn)入速后進(jìn)入保持保持時(shí)間，在保持時(shí)間內(nèi)將采樣的電壓時(shí)間，在保持時(shí)間內(nèi)將采樣的電壓量化量化為數(shù)字量，并按一定的為數(shù)字量，并按一定的編碼編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果。然后形式

28、給出轉(zhuǎn)換結(jié)果。然后再開(kāi)始下一次采樣。再開(kāi)始下一次采樣。A/D轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換過(guò)程轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換過(guò)程包括包括采樣采樣、保持保持、量化量化和和編碼編碼四個(gè)步驟。四個(gè)步驟。 電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院采樣采樣（也稱(chēng)（也稱(chēng)取樣取樣）是按一定的時(shí)間間隔抽取模擬量的值，）是按一定的時(shí)間間隔抽取模擬量的值，將時(shí)間上連續(xù)變化的信號(hào)將時(shí)間上連續(xù)變化的信號(hào)vi轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的信號(hào)vs，即，即將時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一系列等間隔的脈沖，將時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一系列等間隔

29、的脈沖，脈沖的幅度取決于輸入模擬量。脈沖的幅度取決于輸入模擬量。采樣定理采樣定理 采樣定理采樣定理：一個(gè)頻率有限的模擬信：一個(gè)頻率有限的模擬信號(hào)，其采樣頻率號(hào)，其采樣頻率fS必須大于等于輸必須大于等于輸入模擬信號(hào)包含的最高頻率入模擬信號(hào)包含的最高頻率fmax的的兩倍，即采樣頻率必須滿(mǎn)足：兩倍，即采樣頻率必須滿(mǎn)足：max2 ffs電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院1、采樣與保持、采樣與保持采樣脈沖信號(hào)采樣脈沖信號(hào)模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)當(dāng)采樣脈沖信號(hào)當(dāng)采樣脈沖信號(hào)S(t)為高電為高電平時(shí)，平時(shí)，V導(dǎo)通，輸入模擬信導(dǎo)通，輸入模擬信號(hào)號(hào)vI向電容向

30、電容C充電，充電結(jié)充電，充電結(jié)束后束后vO = vC = vI 。當(dāng)。當(dāng)S(t)返返回低電平時(shí)，回低電平時(shí)，V迅速截止，迅速截止，電容電容C上的電壓能保持一段上的電壓能保持一段時(shí)間，一直保持到下一個(gè)時(shí)間，一直保持到下一個(gè)采樣脈沖到來(lái)為止。采樣脈沖到來(lái)為止。采樣保持信號(hào)采樣保持信號(hào)電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院輸入的模擬電壓經(jīng)過(guò)采樣保持后，得到的是階梯波。由輸入的模擬電壓經(jīng)過(guò)采樣保持后，得到的是階梯波。由于階梯的幅度是任意的，將會(huì)有無(wú)限個(gè)數(shù)值，因此該階于階梯的幅度是任意的，將會(huì)有無(wú)限個(gè)數(shù)值，因此該階梯波仍是一個(gè)可以連續(xù)取值的模擬量梯

31、波仍是一個(gè)可以連續(xù)取值的模擬量。而數(shù)字。而數(shù)字量的量的位數(shù)位數(shù)是有限的，是有限的，只能表示有限個(gè)數(shù)值只能表示有限個(gè)數(shù)值(n位數(shù)字量只能表示位數(shù)字量只能表示2n個(gè)數(shù)值個(gè)數(shù)值)。任何一個(gè)數(shù)字量的值只能是某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)。任何一個(gè)數(shù)字量的值只能是某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。因此，量單位的整數(shù)倍。因此，用數(shù)字量表示這種取樣保持信用數(shù)字量表示這種取樣保持信號(hào)時(shí)號(hào)時(shí)，必須把它轉(zhuǎn)換為規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍必須把它轉(zhuǎn)換為規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，這一轉(zhuǎn)換過(guò)程稱(chēng)為這一轉(zhuǎn)換過(guò)程稱(chēng)為量化量化。把量化的結(jié)果再轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的把量化的結(jié)果再轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的代碼的過(guò)程稱(chēng)為編碼代碼的過(guò)程稱(chēng)為編碼。2、量化與編碼、量化與編

32、碼電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院量化過(guò)程中所取的最小數(shù)量單位稱(chēng)為量化單位，用量化過(guò)程中所取的最小數(shù)量單位稱(chēng)為量化單位，用 表表示，示，它它是數(shù)字量最低有效位為是數(shù)字量最低有效位為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量，即時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量，即1 =1LSB。由于取樣保持后的電壓不一定能被由于取樣保持后的電壓不一定能被 整除，整除，所以量化前后不可避免的存在舍入誤差，此誤差稱(chēng)為所以量化前后不可避免的存在舍入誤差，此誤差稱(chēng)為量化誤差量化誤差。量化誤差屬于原理誤差，它只能減少，不量化誤差屬于原理誤差，它只能減少，不能消除。能消除。ADC的位數(shù)越多的位數(shù)越多，

33、各離散電平之間的差值越各離散電平之間的差值越小小，量化誤差就越小。量化誤差就越小。 2、量化與編碼、量化與編碼電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院劃分量化電平的兩種方法劃分量化電平的兩種方法max= =（1/8）Vmax= /2=（1/15）V =1/8V =2/15V電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 (ADC)的分類(lèi)的分類(lèi)并行比較型并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 反饋比較型反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型逐次漸近型逐次漸近型直接直接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

34、：通過(guò)將一套基準(zhǔn)電壓與取樣保持電壓：通過(guò)將一套基準(zhǔn)電壓與取樣保持電壓進(jìn)行比較，從而將輸入的模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的進(jìn)行比較，從而將輸入的模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)。特點(diǎn)特點(diǎn)是工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證。是工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 (ADC)的分類(lèi)的分類(lèi)間接間接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器：輸入的模擬信號(hào)先被轉(zhuǎn)換成某種中間：輸入的模擬信號(hào)先被轉(zhuǎn)換成某種中間變量（如時(shí)間、變量（如時(shí)間、 頻率等），然后再將中間變量轉(zhuǎn)換為最頻率等），然后再將中間變量轉(zhuǎn)換為最后的數(shù)字量。后的數(shù)字

35、量。特點(diǎn)特點(diǎn)是工作速度較低，但轉(zhuǎn)換精度可以做是工作速度較低，但轉(zhuǎn)換精度可以做得較高，且抗干擾性強(qiáng)，一般在測(cè)試儀表中用的較多。得較高，且抗干擾性強(qiáng)，一般在測(cè)試儀表中用的較多。 A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字量的兩種輸出方式：轉(zhuǎn)換器數(shù)字量的兩種輸出方式：并行輸出并行輸出和和串行輸出串行輸出。電壓電壓-時(shí)間變換型時(shí)間變換型(V-T變換型變換型) ADC電壓電壓-頻率變換型頻率變換型(V-F變換型變換型) ADC電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9.2.2 并行比較型并行比較型ADC比較器比較器參考電壓參考電壓編碼器編碼器寄存器寄存器輸入電壓輸入電壓（取樣

36、保持（取樣保持后的電壓）后的電壓）代代碼碼輸輸出出電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院電阻鏈把參考電壓電阻鏈把參考電壓VREF分分壓，得到從（壓，得到從（1/15）VREF到到（13/15）VREF之間之間七個(gè)等七個(gè)等級(jí)，級(jí)，量化單位量化單位=(2/15)VREF。這七這七個(gè)的等級(jí)的電壓分別個(gè)的等級(jí)的電壓分別接到七個(gè)電壓比較器接到七個(gè)電壓比較器C1C7的負(fù)輸入端，作為比較基的負(fù)輸入端，作為比較基準(zhǔn)。同時(shí)，將輸入準(zhǔn)。同時(shí)，將輸入vI接到七接到七個(gè)電壓比較器的正輸入端，個(gè)電壓比較器的正輸入端，與這七與這七個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比比較。

37、較。并行比較型并行比較型ADC電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院并行比較并行比較型型ADCREFIVv1510000000REFIREFVvV1531510000001REFIREFVvV15515300000111315REFIVv1111111電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院寄存器寄存器：由七個(gè)：由七個(gè)D觸發(fā)器觸發(fā)器構(gòu)成。在時(shí)鐘脈沖構(gòu)成。在時(shí)鐘脈沖CP的的作用下，將比較結(jié)果暫作用下，將比較結(jié)果暫時(shí)寄存，以供編碼用。時(shí)寄存，以供編碼用。12345670246142QQQQ

38、QQQdQQQdQd并行比較型并行比較型ADC編碼器編碼器：由八個(gè)或非門(mén)構(gòu)：由八個(gè)或非門(mén)構(gòu)成。將比較器送來(lái)的七位成。將比較器送來(lái)的七位二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成三位二進(jìn)二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成三位二進(jìn)制代碼制代碼d2、d1、d0。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院并行比較型并行比較型ADC代碼轉(zhuǎn)換表代碼轉(zhuǎn)換表輸入模擬電壓輸入模擬電壓vI寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出 d2 d1 d0(01/15)VREF(1/15 3/15)VREF(3/15 5/15)VREF(5/15 7/15)VREF(7/15 9/15)VR

39、EF (9/15 11/15)VREF (11/15 13/15)VREF(13/15 1)VREF0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 1 10 0 0 0 1 1 10 0 0 1 1 1 10 0 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 若若vI=3.8VVREF=7.5VVVREF5 . 3157Q7Q1=0001111d2d1d0=100VVREF5 . 4159電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyong

40、mei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院并行比較型并行比較型ADC的的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是是轉(zhuǎn)換速度很快轉(zhuǎn)換速度很快，完成一次完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間僅包括轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間僅包括比較器的比較時(shí)間比較器的比較時(shí)間、觸發(fā)器的觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)間翻轉(zhuǎn)時(shí)間和和三級(jí)門(mén)電路的傳輸延遲時(shí)間三級(jí)門(mén)電路的傳輸延遲時(shí)間。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是是隨著隨著分辨率的提高分辨率的提高，電路所需電壓比較器和觸發(fā)器的數(shù)目電路所需電壓比較器和觸發(fā)器的數(shù)目按幾何級(jí)數(shù)增加按幾何級(jí)數(shù)增加。對(duì)于一個(gè)對(duì)于一個(gè)n位二進(jìn)制輸出的并行比位二進(jìn)制輸出的并行比較型較型ADC，需，需2n-1個(gè)電壓比較器和個(gè)電壓比較器和2n-1個(gè)觸發(fā)器，編個(gè)觸發(fā)器，編碼電路也隨碼電路也隨n的增大變得相當(dāng)

41、復(fù)雜。其的增大變得相當(dāng)復(fù)雜。其轉(zhuǎn)換精度將受轉(zhuǎn)換精度將受分壓網(wǎng)絡(luò)和電壓比較器靈敏度的限制分壓網(wǎng)絡(luò)和電壓比較器靈敏度的限制。因此，這種轉(zhuǎn)。因此，這種轉(zhuǎn)換器換器適用于高速適用于高速，精度較低的場(chǎng)合精度較低的場(chǎng)合。 并行比較型并行比較型ADC的特點(diǎn)的特點(diǎn)電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9.2.4 逐次漸近型逐次漸近型ADC比較器比較器這種轉(zhuǎn)換器是將要轉(zhuǎn)換的模擬電壓這種轉(zhuǎn)換器是將要轉(zhuǎn)換的模擬電壓vi與一系列的基準(zhǔn)電壓比較。比與一系列的基準(zhǔn)電壓比較。比較是較是從高位到低位從高位到低位逐位進(jìn)行的，并依次確定各位數(shù)碼是逐位進(jìn)行的，并依次確定各位數(shù)碼

42、是1還是還是0。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院逐次漸近型逐次漸近型ADC轉(zhuǎn)換開(kāi)始前，轉(zhuǎn)換開(kāi)始前， 先將逐次漸近寄存器清先將逐次漸近寄存器清 0，轉(zhuǎn)換控制信號(hào)變，轉(zhuǎn)換控制信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)換，控制邏輯將逐次漸近寄存器的最高為高電平時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)換，控制邏輯將逐次漸近寄存器的最高位置位置 1，使其輸出為，使其輸出為 100000，這個(gè)數(shù)碼被，這個(gè)數(shù)碼被DAC轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓相應(yīng)的模擬電壓vo，送至比較器與輸入，送至比較器與輸入vi比較。若比較。若vo vi ，說(shuō)明寄存器輸出的數(shù)碼大了，應(yīng)將最高位改為說(shuō)明寄存器輸出的數(shù)碼大了，應(yīng)

43、將最高位改為0，同時(shí)將，同時(shí)將次高位設(shè)為次高位設(shè)為1；若；若vo vi ，說(shuō)明寄存器輸出的數(shù)碼還不夠，說(shuō)明寄存器輸出的數(shù)碼還不夠大，因此，需將最高位的大，因此，需將最高位的 1 保留，同時(shí)將次高位設(shè)為保留，同時(shí)將次高位設(shè)為 1。然后，再按同樣的方法進(jìn)行比較，確定次高位的然后，再按同樣的方法進(jìn)行比較，確定次高位的1是去掉是去掉還是保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止，比較還是保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止，比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是轉(zhuǎn)化后的數(shù)字輸出。完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是轉(zhuǎn)化后的數(shù)字輸出。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工

44、程學(xué)院院逐次漸近型逐次漸近型ADC舉例：設(shè)待轉(zhuǎn)換的模擬電壓舉例：設(shè)待轉(zhuǎn)換的模擬電壓vi=163mV, 逐次漸近寄存器的數(shù)字量為八位。逐次漸近寄存器的數(shù)字量為八位。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院逐次漸近型逐次漸近型ADC的特點(diǎn)的特點(diǎn)逐次漸近型逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度比并行比較轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度比并行比較型型A/D轉(zhuǎn)換器低，在輸出位數(shù)較多時(shí)，逐次轉(zhuǎn)換器低，在輸出位數(shù)較多時(shí)，逐次漸近型漸近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路規(guī)模比并行比較型轉(zhuǎn)換器的電路規(guī)模比并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器小得多。因此，逐次漸近型轉(zhuǎn)換器小得多。因此，逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器是目

45、前集成換器是目前集成A/D轉(zhuǎn)換器中用得最多的一轉(zhuǎn)換器中用得最多的一種電路。種電路。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院9.2.5 雙積分型雙積分型ADC 雙積分型雙積分型ADCADC是是V-TV-T變換型變換型ADCADC的一種。的一種。 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理：先將輸入的模擬電壓：先將輸入的模擬電壓vi轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成與其大小成正比的時(shí)間間隔與其大小成正比的時(shí)間間隔T，再在該時(shí)再在該時(shí)間間隔間間隔T內(nèi)用固定頻率的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)內(nèi)用固定頻率的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器所計(jì)得的數(shù)字量正比于輸入模擬量。數(shù)器所計(jì)得的數(shù)字量正比于輸入模擬量。 電路中心電路中心

46、Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院雙積分型雙積分型ADC0工作過(guò)程：工作過(guò)程：準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段：vL=0，開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)S0閉合，積分電容充分放電；閉合，積分電容充分放電；門(mén)門(mén)G1被封鎖被封鎖；n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和觸發(fā)器位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和觸發(fā)器FFn清零；開(kāi)清零；開(kāi)關(guān)關(guān)S1接通接通vI。110000閉合閉合接接vI電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院雙積分型雙積分型ADC當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)2n個(gè)個(gè)CP后（所用時(shí)間為后（所用時(shí)間為T(mén)1= 2n TCP），計(jì)數(shù)器自動(dòng)返），計(jì)數(shù)器自動(dòng)返回回0，同時(shí)給，同

47、時(shí)給FFn一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，使一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，使Qn置置1，開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)S1接通接通-VREF。采樣階段采樣階段：vL=1，開(kāi)，開(kāi)關(guān)關(guān)S0斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)S1接通接通vI，積分器對(duì)，積分器對(duì)vI積分，積分，輸出負(fù)電壓，使比較器輸出負(fù)電壓，使比較器輸出為輸出為1，門(mén)門(mén)G1被被打開(kāi)打開(kāi)vD=CP，計(jì)數(shù)器對(duì)，計(jì)數(shù)器對(duì)CP計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)。101TIodtvRCvIvRCT1ICPnvRCT2vo1斷開(kāi)斷開(kāi)接接vI計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)111接接-VREF000100000 1CP1電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院雙積分型雙積分型ADC1比較階段比較階段：vL=1

48、，開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)S1接通接通-VREF ，積分器開(kāi)始反，積分器開(kāi)始反向積分，輸出逐漸由負(fù)上向積分，輸出逐漸由負(fù)上升為升為0，使比較器輸出變?yōu)椋贡容^器輸出變?yōu)?（所用時(shí)間記為（所用時(shí)間記為T(mén)2 ），）， 門(mén)門(mén)G1被封鎖，計(jì)數(shù)器停止被封鎖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)換結(jié)束。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)換結(jié)束。計(jì)數(shù)器中所存數(shù)字中所存數(shù)字D（T2=DTCP）就是就是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。轉(zhuǎn)換結(jié)果。ICPnREFvRCTVRCT220ICPnREFCPvRCTVRCDT2IREFnvVD2取取VREF=2nIvD vo1ICPnTREFovRCTdtVRCv21200接接-VREF停止計(jì)數(shù)停止計(jì)數(shù)反向積分反向積分1從從0開(kāi)始開(kāi)始重新

49、計(jì)數(shù)重新計(jì)數(shù)電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院雙積分型雙積分型ADC的工作波形的工作波形當(dāng)當(dāng)vI取兩個(gè)不同的數(shù)值取兩個(gè)不同的數(shù)值VI1和和VI2時(shí)，反向積分的時(shí)間時(shí)，反向積分的時(shí)間T2和和T2也也不相同，而且時(shí)間的長(zhǎng)短與不相同，而且時(shí)間的長(zhǎng)短與vI的大小成正比。由于的大小成正比。由于CP是固定是固定頻率的時(shí)鐘脈沖，所以在頻率的時(shí)鐘脈沖，所以在T2和和T2期間送給計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖期間送給計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)目也必然與數(shù)目也必然與vI成正比成正比。T1時(shí)間段為定時(shí)積分，時(shí)間段為定時(shí)積分，T2時(shí)時(shí)間段為定值積分。間段為定值積分。電路中心電路中心 Zhangyongmei Zhangyongmei 電子工程學(xué)電子工程學(xué)院院雙積分型雙積分型ADC的特點(diǎn)的特點(diǎn)工作穩(wěn)定性好工作穩(wěn)定性好：轉(zhuǎn)換結(jié)果與時(shí)間常數(shù)：轉(zhuǎn)換結(jié)果與時(shí)間常數(shù)R、C和時(shí)鐘周期均無(wú)和時(shí)鐘周期均無(wú)關(guān)，只要時(shí)鐘在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期（關(guān)，只要時(shí)鐘在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期（T1+T