教學(xué)內(nèi)容§11.1概述§11.2

D/A轉(zhuǎn)換器§11.3

A/D轉(zhuǎn)換器現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四

教學(xué)要求1、掌握DAC和ADC的定義及應(yīng)用；2、了解DAC的組成、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、集成D/A轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換速度；3、了解ADC組成、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器、積分型A/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換速度。現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四11.1概述模－數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為A/D轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)寫為ADC(Analog-DigitalConverter)數(shù)－模轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)換）：將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)寫為DAC(Digital-AnalogConverter)現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四例如：對(duì)于0~5V的直流電壓，計(jì)算機(jī)用8位數(shù)字量來(lái)描述時(shí)：最小值（00000000）B=0對(duì)應(yīng)0V，最大值（11111111）B=255對(duì)應(yīng)5V，中間值（01111111）B=127對(duì)應(yīng)2.5V等D/A的任務(wù)是接收到一個(gè)數(shù)字量后，給出一個(gè)相應(yīng)的電壓。比如收到（00111111）B，應(yīng)給出幅度為1.25V的電壓。11.2D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路。現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開(kāi)關(guān)求和放大器參考電壓一、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四集成運(yùn)放通過(guò)RF接入負(fù)反饋，有虛短，V-≈V+=0取RF=R/2現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四n位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)反饋電阻取為R/2時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式：輸出電壓的變化范圍:優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用的電阻元件數(shù)很少。缺點(diǎn)：各電阻的阻值相差較大，不能保證有很高的精度。現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四二、倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開(kāi)關(guān)求和放大器現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四由于V-≈V+=0,所以開(kāi)關(guān)S合到哪一邊，都相當(dāng)于接到了“地”電位，流過(guò)每條電路的電流始終不變。可等效為：現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四取RF=R現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四n位輸入的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)反饋電阻取為R時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式：優(yōu)點(diǎn)：（1）只有R和2R兩種阻值的電阻，可達(dá)到較高的精度；（2）各支路電流恒定不變，在開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化時(shí)，不需電流建立時(shí)間，所以電路轉(zhuǎn)換速度高，使用廣泛。現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四CB7520電路原理圖現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四三、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器恒流源現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四恒流源模型：只要電路工作時(shí)保證VB和VEE穩(wěn)定不變，則三極管的集電極電流即可保持恒定，不受開(kāi)關(guān)內(nèi)阻的影響。現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四為減少電阻阻值的種類，在實(shí)用的權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)常利用倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用產(chǎn)生一組所需的恒流源。按比例加大發(fā)射結(jié)的面積現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四DAC0808電路結(jié)構(gòu)框圖現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四已知VREF=10V現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四四、具有雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器接一偏置電流符號(hào)位求反現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四把輸入的正、負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼分別轉(zhuǎn)換成正、負(fù)極性的模擬電壓。現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四五、D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)（1）分辨率：D/A轉(zhuǎn)換器理論上可達(dá)到的精度。

1.D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度分辨率也可用D/A轉(zhuǎn)換器能夠分辨出來(lái)的最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來(lái)表示。10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：分辨率可以用輸入二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)給出。現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四（2）轉(zhuǎn)換誤差：D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際上能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。可以用輸出電壓滿刻度值的百分?jǐn)?shù)表示，也可用最低位有效值的倍數(shù)表示。如：轉(zhuǎn)換誤差為0.5LSB，表示輸出模擬電壓的絕對(duì)誤差等于當(dāng)輸入數(shù)字量的LSB＝1時(shí)，其余各位均為0時(shí)輸出模擬電壓的一半。轉(zhuǎn)換誤差可分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差。產(chǎn)生靜態(tài)誤差的原因是基準(zhǔn)電源不穩(wěn)定、運(yùn)放的零點(diǎn)漂移、模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻和壓降及電阻網(wǎng)絡(luò)中阻值的偏差等；動(dòng)態(tài)誤差則是在轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)過(guò)程中產(chǎn)生的附加誤差。現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四（1）建立時(shí)間tset：指輸入數(shù)字量各位由全0變?yōu)槿?或由全1變?yōu)槿?時(shí),輸出電壓達(dá)到某一規(guī)定值所需要的時(shí)間。通常建立時(shí)間在100ns~幾十s之間。2.D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度（2）轉(zhuǎn)換速率SR：指輸入數(shù)字量各位由全0變?yōu)槿?或由全1變?yōu)槿?時(shí)，輸出電壓的變化率。現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四11.3A／D轉(zhuǎn)換器A/DUI輸入模擬電壓D7~D0輸出數(shù)字量0~5V00000000~11111111現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四取樣－保持取樣是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性地抽取樣值的過(guò)程，就是把隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上斷續(xù)、在幅度上等于取樣時(shí)間內(nèi)模擬信號(hào)大小的一串脈沖。取樣定理：fs≥2fi(max)輸入模擬信號(hào)的最高頻率分量的頻率取樣頻率現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四量化－編碼將取樣－保持電路的輸出電壓，按某種近似方式歸化到與之相應(yīng)的離散電平上，這一轉(zhuǎn)化過(guò)程稱為數(shù)值量化，簡(jiǎn)稱量化。量化后的數(shù)值最后還須通過(guò)編碼過(guò)程用一個(gè)代碼表示出來(lái)，這一過(guò)程稱為編碼。將取樣電壓表示為一個(gè)最小單位的整數(shù)倍，所取的最小數(shù)量單位稱為量化單位，用表示。現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四最大量化誤差為△，即1／8V最大量化誤差為1/2△，即1／15V取取現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四對(duì)雙極性模擬電壓的量化和編碼二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式編碼現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四二、直接A/D轉(zhuǎn)換器并聯(lián)比較型0≤vi＜VREF/15時(shí)，7個(gè)比較器輸出全為0，CP到來(lái)后，7個(gè)觸發(fā)器都置0。經(jīng)編碼器編碼后輸出的二進(jìn)制代碼為d2d1d0＝000。現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四時(shí)，7個(gè)比較器中只有C1輸出為1，CP到來(lái)后，只有觸發(fā)器FF1置1，其余觸發(fā)器仍為0。經(jīng)編碼器編碼后輸出的二進(jìn)制代碼為d2d1d0=001。現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四時(shí)，比較器中C1、C2輸出為1，CP到來(lái)后，觸發(fā)器FF1、FF2置1，其余觸發(fā)器仍為0。經(jīng)編碼器編碼后輸出的二進(jìn)制代碼為d2d1d0=011。現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四反饋比較型逐次比較型A／D轉(zhuǎn)換器其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx=13克，可以用下表步驟來(lái)秤量：砝碼重第一次第二次第三次第四次加4克加2克加1克8克砝碼總重<待測(cè)重量Wx，故保留砝碼總重仍<待測(cè)重量Wx，故保留砝碼總重>待測(cè)重量Wx，故撤除砝碼總重＝待測(cè)重量Wx，故保留暫時(shí)結(jié)果8克12克12克13克

結(jié)論現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四轉(zhuǎn)換開(kāi)始前先將所有寄存器清零。開(kāi)始轉(zhuǎn)換以后，時(shí)鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1，使輸出數(shù)字為100…0。這個(gè)數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓uo，送到比較器中與ui進(jìn)行比較。若ui＜uo，說(shuō)明數(shù)字過(guò)大了，故將最高位的1清除；若ui＞

uo，說(shuō)明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將這一位保留。然后，再按同樣的方式將次高位置成1，并且經(jīng)過(guò)比較以后確定這個(gè)1是否應(yīng)該保留。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)就是所要求的數(shù)字量輸出。現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四－＋10001000D/Avi(待轉(zhuǎn)換的模擬電壓)vovc控制邏輯數(shù)碼寄存器移位寄存器時(shí)鐘清0、置數(shù)清0、置數(shù)CP、(移位命令)“1”狀態(tài)是否保留控制端原理框圖現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四01000000①轉(zhuǎn)換開(kāi)始前:現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四1110000000②轉(zhuǎn)換控制信號(hào)變成高電平以后，轉(zhuǎn)換開(kāi)始。第一個(gè)CP:現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四③轉(zhuǎn)換控制信號(hào)變成高電平以后，轉(zhuǎn)換開(kāi)始。第二個(gè)CP:001000100現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四00000100④轉(zhuǎn)換控制信號(hào)變成高電平以后，轉(zhuǎn)換開(kāi)始。第三個(gè)CP:現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四00001000⑤轉(zhuǎn)換控制信號(hào)變成高電平以后，轉(zhuǎn)換開(kāi)始。第四個(gè)CP:現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四00010000⑥轉(zhuǎn)換控制信號(hào)變成高電平以后，轉(zhuǎn)換開(kāi)始。第五個(gè)CP:現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期四b、第二個(gè)CP脈沖：

置1。若原來(lái)，則置0。若原來(lái)，則置1。移位積存器右移一位00100c、第三個(gè)CP：

置1。若，則。若，則。移位寄存器右移一位00010d、第四個(gè)CP：若，則