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1、1第第11章章 数模和模数转换数模和模数转换 本章的重点：本章的重点： 1D/A转换器的基本工作原理（包括双极性输出），输转换器的基本工作原理（包括双极性输出），输入与输出关系的定量计算；入与输出关系的定量计算； 2A/D转换器的主要类型（并联比较型、逐次渐近型、转换器的主要类型（并联比较型、逐次渐近型、双积分型），它们的基本工作原理和综合性能的比较；双积分型），它们的基本工作原理和综合性能的比较； 3D/A，A/D转换器的转换速度与转换精度及影响它们转换器的转换速度与转换精度及影响它们的主要因素。的主要因素。 由于目前使用的由于目前使用的D/A、A/D期间都是期间都是LSI电路，所以讲授电路
2、，所以讲授的重点是在转换原理及器件应用方法上，而不在于器件内部的重点是在转换原理及器件应用方法上，而不在于器件内部详细的结构及工作过程。详细的结构及工作过程。本章的难点：本章的难点： 本章的难点在一些本章的难点在一些A/D转换器内部电路结构和详细工作转换器内部电路结构和详细工作过程上，但这不是本章学习的重点。过程上，但这不是本章学习的重点。探届膜望假诱纹朴泅洁臣迹逝矩显运燕悟尧裤便者株日币朗河嗜准惮拾疯数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换2第第7章章 数模和模数转换数模和模数转换 第一节第一节 概述概述数模转换：将数字量数模转换：将数字量 (Di
3、gital)转换为模拟量转换为模拟量(Analog)。简称。简称D/A 转换。转换。模数转换：将模拟量模数转换：将模拟量(Analog)转换为数字量转换为数字量(Digital)。简称。简称A/D转换。转换。被控对象被控对象传感器传感器A/D转换器转换器计算机计算机D/A转换器转换器驱动电路驱动电路耸酞摄酥泡膳据豺享殴低方傲矣夜彬谋孜惭岳疡在踊猜够金洒纱谷郴询撕数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换3图图11.1.2为一个温度控制系统：为一个温度控制系统：传感器传感器放大器放大器A/DA/D转换转换微型计算机微型计算机控制控制对象对象D/A转换转换
4、电加热炉电加热炉热电偶热电偶执行机构执行机构图图11.1.2温度温度时间时间乳冶收虾哟篮曝冷恍回圆嘿盆恨垒冕遁艾栗酸莽制拿赊澳卓要角墓甚划腋数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换4主要指标：转换精度；转换速度。主要指标：转换精度；转换速度。D/A转转换换器器权电阻网络权电阻网络D/A转换器转换器倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器权电容网络权电容网络D/A转换器转换器权电流型权电流型D/A转换器转换器开关树型开关树型D/A转换器转换器A/D转转换换器器直接转换型直接转换型并联比较型并联比较型反馈比较型反馈比较型间接转换型间接转换型双积分型（
5、双积分型（VT变换型）变换型）VF变换型变换型计数型计数型逐次渐进型逐次渐进型分类：分类：替戴腔慌匈瘩桂潮蹿丧僧笑假钳弘览搞髓瑰插糙殴滋多端相撵戎驭三水础数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换511.2 D/A转换器D111101D/AA(电压 或 电流) ？D/A转换的目的：转换的目的：D/A转换器的原理框图戈梢独张碰证戎踌流阻板亚传巡穿缠靡渤逸念牌地阎至阻畦稻姿值力面菏数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换6一、权电阻网络一、权电阻网络D/A转换器转换器1.电路构成电路构成由四部分组成：由四部分组成
6、：权电阻网络；权电阻网络；求和放大器；求和放大器；模拟开关；模拟开关；参考电源；参考电源；权电阻网络权电阻网络求和放大器求和放大器模拟开关模拟开关任务：求出输出模拟电压任务：求出输出模拟电压 与输入数字量与输入数字量d3d2d1d0间的关系。间的关系。2.特点：特点：1.电阻数量少，结构简单；电阻数量少，结构简单；2.电阻种类多，差别大，不电阻种类多，差别大，不易集成。易集成。Least Significant BitMost Significant Bit输入数输入数字量字量输入数输入数字量字量2. 工作原理：工作原理：窑农捏贞腊慧嵌怯迪附偶习抛管杆诫瘁挽绑血议近蹦渝婶札披灾鼓气删汽数字电子
7、技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换73. 双级权电阻网络克服上面的缺点双级权电阻网络克服上面的缺点盐啮藐暮诗麻诸弹搜捉帕函媳戚减略纺嫡尹跪据记沫热浩弓挤廖噶悼阁骤数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换8二、倒二、倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器1.结构及原理：结构及原理：电阻网络特点：电阻网络特点：模拟开关模拟开关Si不论接何不论接何位置，都相当于接地。位置，都相当于接地。任意节点向左看的任意节点向左看的等效电阻皆为等效电阻皆为R。述侵手诲滑瞩别赊骗亏士跟诌揭氧上苏乌皮歪葱殉灰旅掏惟盲忱僳取硅优数
8、字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换9倒倒T型型盟柑常逞裤邪茫嗜耕忻翟拜虑曾梨亮人田件亨扛剃郭疫殖虾昭壶轮纵窗齿数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换103. 集成集成D/A转换器转换器CB7520简介：（十位）简介：（十位）2. 电路特点：电路特点：1.电阻种类少，便于集成；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。开关切换时，各点电位不变。因此，速度快。可外接反可外接反馈电阻馈电阻R需外接需外接运放运放模拟开关电路：模拟开关电路：禾牛碱吹谁最训酪乒状毡廓逢跨渍频鼎拈款粳匙庆排
9、扯低叼敷泰彩延谅躬数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换11 在权电阻网络在权电阻网络D/A转换器和倒转换器和倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器中，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。权电流型精度。权电流型D/A转换器可解决这一问题。转换器可解决这一问题。三、权电流型三、权电流型D/A转换器转换器 恒流源如图。但电阻恒流源如图。但电阻REi的种类多。因此，经常用倒的种类多。因此，经常用倒T型电阻网络的分流作用来实现。型电阻网络的分流作用来实现。崎屉宿靛责得琴旗
10、睡妊洛盎缴铁组随轿硅始畔狡樟土锰婴鸭弯娠紊凉毡桐数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换12每个每个VE相等相等向右看等效向右看等效R,故故IEC=IEO=IE1/2=IE2/4=IE3/8=IREF/16杜矮眷灯全阀嗅拧崭锄酌踪亚胺押虐曙堵脚揣允塑胖抱邮坚畴搓琅葫萧坡数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换13双极型电路；双极型电路；8位数字量输入；位数字量输入；外接求和放大器；外接求和放大器；外接电阻。外接电阻。若取若取VREF=10V、RR=RF=5K则：则：输入数输入数字量字量此时，输出模拟电压范围
11、为：此时，输出模拟电压范围为：09.96V。权电流型集成数模转换器权电流型集成数模转换器DAC0808简介简介参考四位时的公式：参考四位时的公式：有：有：脾利牟收怠庇塘郴岿厩振豺膛争窗孩涌惨锭沏伍农椭肠积岂女楞赵宫瑰笼数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换14四、具有双极性输出的四、具有双极性输出的D/A转换器转换器(以以3位补码为例位补码为例) 带符号数以补码形式给出。输出为正、负极性的模拟电压。带符号数以补码形式给出。输出为正、负极性的模拟电压。 当输入数字量是带符号数时，就需要双极性输出的当输入数字量是带符号数时，就需要双极性输出的D/A转换
12、器。转换器。当当D=100时，原本输出电压为时，原本输出电压为4V。因此：因此：三位三位DAC的输出的输出取反取反IB如何取？如何取？亭誓恢淳枯杀箭诞减虱惹面悦琴惺楼秸姐遭箱曳敏亩窥廓辛布靠砌脉紫螟数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换15五、五、D/A转换器的转换精度与转换速度转换器的转换精度与转换速度（一）转换精度（一）转换精度通常用通常用分辨率分辨率和和转换误差转换误差来描述。来描述。1.分辨率（理论精度）分辨率（理论精度） ：输出模拟电压应能区分：输出模拟电压应能区分02n-1共共2n个个输入数字量。输入数字量。表示方法：表示方法：(1)用
13、输入二进制数的位数表示；如用输入二进制数的位数表示；如8位。位。(2)用输出模拟电压的非零最小值与最大值的比值表示。用输出模拟电压的非零最小值与最大值的比值表示。该比值显然等于：该比值显然等于：如如10位位D/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为坟宴扇观殆宦肇光棕峰涩证罚丁跪塘驮眺寇肌也脯阿奎碎彰介互褥期旱扛数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换16 由于电路各部分都有误差，还要给出误差来表示实际能达到由于电路各部分都有误差，还要给出误差来表示实际能达到的转换精度。的转换精度。 转换误差转换误差有时也称为有时也称为线性线性误差误差。它表示实际的。它表
14、示实际的D/A转换转换特性和理想转换特性之间的特性和理想转换特性之间的最大偏差。最大偏差。转换误差的表示形式：转换误差的表示形式：（1）最低有效位的倍数。如：）最低有效位的倍数。如：1LSB。（2）输出电压满刻度）输出电压满刻度FSR(Full Scale Range)的百分数。的百分数。如：如：0.1FSR。2.转换误差（实际精度）转换误差（实际精度） ：给饶揖祭急宜责鞍刹教章包哼贾层娃悬渊愧趁仑舶责甸掀专峪简哲创版嘿数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换173.转换误差分析转换误差分析D/A转换器的四个组成部分，均可引起转换误差。但具有不同的特
15、点。转换器的四个组成部分，均可引起转换误差。但具有不同的特点。(1)参考电源引起的误差称为参考电源引起的误差称为比例系数误差比例系数误差。(2)运放零点漂移引起的误差称为运放零点漂移引起的误差称为漂移误差漂移误差或或平移误差平移误差或或失调误差失调误差。链渗争污雏傲拣踩囊线娃误胜堕郁句妓啼返佯陕左渣屁倾宋召谊灵乎晓坛数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换18(3)模拟开关的导通内模拟开关的导通内阻和导通压降以及电阻和导通压降以及电阻网络中电阻的偏差阻网络中电阻的偏差引起的误差称为引起的误差称为非线非线性误差性误差。注意注意：运放和参考电源多：运放和
16、参考电源多为外接，电阻网络和模拟为外接，电阻网络和模拟开关在集成开关在集成DAC内部。内部。总误差：总误差：然梆戳讣贴蹦曙粥搂凡阁武蛆喝征厕伸驾咒侄门稀窍促匈龄嫌租慕翰察娟数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换19例：在例：在10位倒位倒T型电阻网络型电阻网络DAC中，中，VREF=-10V。为保证。为保证VREF偏离偏离标准值所引起的误差小于标准值所引起的误差小于1/2LSB，计算，计算VREF相对稳定度应取多少？相对稳定度应取多少？解：解：1.计算计算1/2LSB: 当输入数字量当输入数字量D=1时，输出电压为时，输出电压为LSB。故：。故：2
17、.计算当计算当VREF变化量为变化量为 时所引起的输出变化时所引起的输出变化 量的最大值量的最大值 :现要求：现要求：即：即：=0.05%这里这里VREF=10V,允许的参考电源允许的参考电源变化量小于变化量小于5mV1/2LSB = 输入数字量的最大值输入数字量的最大值幽婉木嚏贷添抽氮朽橇美要凶颠玛多炳创魏承余蕊斜社动酒浮辉妮冰乏豢数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换20（二）转换速度（二）转换速度用完成一次转换所需的时间用完成一次转换所需的时间建建立时间立时间tset来衡量。来衡量。 建立时间：从输入信号变化开始建立时间：从输入信号变化开始到
18、输出电压进入与稳态值相差到输出电压进入与稳态值相差 1/2LSB范围以内的时间。范围以内的时间。 输入信号由全输入信号由全0变为全变为全1所需时间所需时间最长。最长。不包含运放的不包含运放的DAC建立时间可达建立时间可达0.1 。当外接运放时，转换时间还应加当外接运放时，转换时间还应加上运放的上升（下降）时间。上运放的上升（下降）时间。转换时间转换时间建立时间建立时间输出模拟电输出模拟电压最大值压最大值运放输出转运放输出转换速率换速率肖为声皆签马蹋卉漳木黎陇讨双巩碱炕瓣烙车许鞋盘邢厩阻泣豫奇卡憾妓数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换21（三）温度
19、系数（三）温度系数指输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变指输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高1C，输出电压，输出电压变化的百分数作为温度系数变化的百分数作为温度系数无朗跋骨换秘至母筒皖堆喝军高盯肿昧倔蹦抿纷暮每扯弓涧眯几俊长徽汉数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换22第三节第三节 A/D转换器转换器一、一、A/D转换的基本原理转换的基本原理A/D转换的基本步骤：转换的基本步骤：采样（取样）；采样（取样）；保持；保持；量化；量化；编码。编码。由取样
20、保持电路完成由取样保持电路完成由由A/D转换电路完成转换电路完成取取样样保保持持荐弛棕该梭勺座栅引立缩逮豹盲继勤几罩瓜冠渣抠义号菠都捶巧歇启窗捕数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换231.取样、保持取样、保持取样定理取样定理（奈奎斯特采样定理）：（奈奎斯特采样定理）：为保证从取样信号恢复被取为保证从取样信号恢复被取样信号，必须满足样信号，必须满足取样信号频率取样信号频率在实际的取样保持电路中有一个取样控制信号，它的频率就是取样在实际的取样保持电路中有一个取样控制信号，它的频率就是取样信号频率。信号频率。输入信号输入信号最高频率最高频率唬烘材心皖炽
21、南稻勋坠技莽恃苇章描援硷卵结戈平掉跃指薄逢铡懦秤柔屡数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换242.量化和编码量化和编码量化：量化： 把输出数字量为把输出数字量为1时对应的输入模拟电压称为时对应的输入模拟电压称为量化单元量化单元，记做记做 。当输出数字量为。当输出数字量为D时，对应的输入模拟电压应为时，对应的输入模拟电压应为D ，即量化单元的整数倍。，即量化单元的整数倍。 因此，对于任意输入模拟电压因此，对于任意输入模拟电压, 首首先先 应把它量化为应把它量化为 的整数倍。这就是量化。的整数倍。这就是量化。编码：编码：用二进制代码表示量化后的输入模拟
22、电压。用二进制代码表示量化后的输入模拟电压。 量化和编码是在同一个电路中完成的。下图说明了两种量量化和编码是在同一个电路中完成的。下图说明了两种量化方法：化方法：嚼夏肪芽霞毖统蚤仁多嘉骗附缓岭灿急猪秤崔冷铬颓毫壕圆年拆无遏白誉数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换25当输入电压不为当输入电压不为 的整数倍时，必然产的整数倍时，必然产生误差，称为生误差，称为量化误差量化误差。量化误差量化误差量化误差量化误差1/15V若用此范围表示若用此范围表示001会更准确会更准确剐氛公狮佳嘿哼快柄撰殷庇传笔痉娠卸史搞窗绅隐耐谦郝薛顷绰棉芦扯台数字电子技术-刘汉华第
23、11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换26输入为双极性时：输入为双极性时：输出一般采用二进制补码表示。可用下图表示：输出一般采用二进制补码表示。可用下图表示：=1V二二进进制制补补码码符号位符号位量化后输出的二进制补码量化后输出的二进制补码由膝桩强扬茫埃佰砒盯孔亥淳握哈城惦穿擞传窝告吉剿娠钱测私峰蔗坤仇数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换27为低电平时，为低电平时，T截止。取样电容截止。取样电容CH上的电荷无泄放回路，上的电荷无泄放回路， 将保持。将保持。二二. 取样保持电路取样保持电路 为高电平时，场效应管为高电平时，场
24、效应管T导导通，通，VI对对CH充电，充电结束：充电，充电结束：电路缺点：输入电阻电路缺点：输入电阻RI过大会降低取样速度；过小又加重信号源负过大会降低取样速度；过小又加重信号源负载。载。改进方法：在输入端加隔离放大器。改进方法：在输入端加隔离放大器。 下面通过集成取样保持电路下面通过集成取样保持电路LF198介绍改进的取样保持电路。介绍改进的取样保持电路。1.取样取样2.保持保持艇拥曾政笑后拘汀纸匀砾绞搭喳巧体撩椎腑赔载浸另者佐酞催领淌穿胞琅数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换283. 集成取样保持电路集成取样保持电路LF198调零调零输入模输
25、入模拟电压拟电压取样控取样控制信号制信号外接保持电容外接保持电容 在取样阶段，开关在取样阶段，开关S接接通，运放通，运放AI,A2构成两级电构成两级电压跟随器压跟随器 在保持阶段，在保持阶段，S断开，电断开，电容容CH上电荷保持不变，使输上电荷保持不变，使输出电压出电压 保持不变。保持不变。二极管二极管D1,D2和电阻和电阻R1构成保护电路。构成保护电路。在取样阶段，在取样阶段，S接通，接通，D1,D2截止，保护电路不起作用。截止，保护电路不起作用。 在保持阶段，在保持阶段，S断开，断开， 保持不变；但保持不变；但 在变，使在变，使 达达到正（负）最大值，使开关到正（负）最大值，使开关S承受过
26、高的电压。接上保护电路承受过高的电压。接上保护电路后可使后可使 基本等于输入电压基本等于输入电压 。自学自学揭窿男巷味念攘敖臃洲腾乳詹蔫彼戍幅慎均段刁襟蒂纺领戈足随舆笨祝薪数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换29直接转换法直接转换法间接转换法间接转换法直直接接法法是是通通过过一一套套基基准准电电压压与与取取样样保保持持电电压压进进行行比比较较，从从而而直直接接将将模模拟拟量量转转换换成成数数字字量量。其其特特点点是是工工作作速速度度高高，转转换换精精度度容易保证，调准也比较方便。容易保证，调准也比较方便。间间接接法法是是将将取取样样后后的的模模拟
27、拟信信号号先先转转换换成成中中间间变变量量时时间间t或或频频率率f, 然然后后再再将将t或或f转转换换成成数数字字量量。其其特特点点是是工工作作速速度度较较低低，但但转转换换精精度度可可以以做做得得较较高高，且且抗抗干干扰扰性性强强。间间接接A/D转转换换器器有有单单次次积积分分型型、双积分型等。双积分型等。ADC分分两大类两大类三、并联比较型三、并联比较型A/D转换器（直接转换法）转换器（直接转换法）并联比较型并联比较型反馈比较型反馈比较型单次积分型单次积分型双积分型双积分型将输入模拟电压直接转换为将输入模拟电压直接转换为数字量，不经过中间变量。数字量，不经过中间变量。浦舌拴赠诚娘烘壤篆降呼
28、质忽般语毛菠阶忠寺庸讼癸掳便今特厕瘸狸泊备数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换30并联比较型并联比较型A/D转换器转换器 2. 工作原理：工作原理：采用第二类量化方法采用第二类量化方法图图11.3.7 1. 电路结构：电路结构： a.电压比较器判断电压比较器判断vI属于属于哪一范围，有八种可能哪一范围，有八种可能 b.寄存器存储判断结果。寄存器存储判断结果。兼有保持电路的作用兼有保持电路的作用 c.代码转换器代码转换器把判断结果编码成3位二进制代码电压比较器电压比较器寄存器寄存器代码转换器代码转换器编码器芭隙昆客曼浸匪啡榴什嫩劳总骤呆贿甘民捕牺今
29、垮害掳剥酱膨湍准瑰驰局数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换31并联比较型并联比较型A/D转换器转换器-工作原理工作原理肃乡至镜瘁逸贯各鸽潍僻盗爽隅注鱼妙弊汇高涩瘩蔼导晨慕腋佰派拆沦供数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换32并联比较型并联比较型A/D转换器转换器速度快，转换时间小于速度快，转换时间小于50ns；电路复杂。电路复杂。不需取样保持电路；不需取样保持电路；特点：特点：袭肚奢上签萌趾劫肿蔬秘迅腥瘪事罚英搀真适耍涕钨使乘音照浅祸榷汝讯数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华
30、第11章 数模模数转换33四、反馈比较型四、反馈比较型A/D转换器（直接转换法）转换器（直接转换法）1. 思路：将一数字量加到思路：将一数字量加到D/A转换器上，再把转换器上，再把D/A转换器输出的模转换器输出的模拟电压与输入模拟电压相比较。若不相等，则修改数字量，直到拟电压与输入模拟电压相比较。若不相等，则修改数字量，直到两模拟电压相等，此时对应的数字量就是转换结果。两模拟电压相等，此时对应的数字量就是转换结果。铀霹柑识斩姿缨么侮未镁忱硫钎瞪氧废涌层曹陷肘乾嫉疗骂避妥静睦于承数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换342. 计数型计数型A/D转换器
31、转换器数字量由计数器数字量由计数器提供。提供。（初态为（初态为000）启动转换启动转换10=量化引起的误差为量化引起的误差为1LSB，也就是，也就是1 . 属于第一种量化方法属于第一种量化方法特点：特点：1.电路简单；电路简单；2.速度慢。最长转换时间可达速度慢。最长转换时间可达2n-1倍时钟信号周期。倍时钟信号周期。a. 电路结构电路结构b. 工作原理工作原理咯慌矾单态鲤酒尉坡孺帧艺谓煮蜂尾扑嘉养焙喝歹铬果脸涎卓排稿婶犯选数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换353.逐次渐近型逐次渐近型A/D转换器转换器可提高转换速度。虽然也是反馈比较型可提高转
32、换速度。虽然也是反馈比较型A/D转换器，但转换器，但D/A转换器的数字量的给出方式不同。转换器的数字量的给出方式不同。工作思路：工作思路：如如13g的重物，有砝码的重物，有砝码8g、4g、2g、1g。比较。比较过程如表所示过程如表所示径货郴泌嚼糜喳今场漫辗反憎邯籍场譬琵瓤爷瘫忿摇霉筷胁叙抄报装芭疾数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换363. 逐次渐近型逐次渐近型A/D转换器转换器数字量由逐次渐近寄存器提供。数字量由逐次渐近寄存器提供。思路：思路：从输出数字量的最高位起，逐位判断该位的值（从输出数字量的最高位起，逐位判断该位的值（0,1）。）。以输
33、出四位数字量以输出四位数字量a3a2a1a0为例（为例（类似与天平称重）类似与天平称重） :1.输入输入1000到逐次渐近寄存器，以确定到逐次渐近寄存器，以确定a3的值；的值；2.输入输入a3100到逐次渐近寄存器，以确定到逐次渐近寄存器，以确定a2的值；的值；3.输入输入a3a210到逐次渐近寄存器，以确定到逐次渐近寄存器，以确定a1的值；的值；4.输入输入a3a2a11到逐次渐近寄存器，以确定到逐次渐近寄存器，以确定a0的值；的值；可见，主要转换步骤只需可见，主要转换步骤只需4个时钟周期就可完成。（实际转个时钟周期就可完成。（实际转换器还要增加两个时钟周期时间。）换器还要增加两个时钟周期时
34、间。）下面结合具体电路说明工作过程。下面结合具体电路说明工作过程。(P534 图图11.3.10)电路结构框图和猪谅圭到荤币仅窿桃锦镐捌找解道摇琅边绚钮蚕评承通廷穗崖焊肖冷郎数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换37 时，该时，该位为位为1,否否则该位则该位为为0.原理说明耳婴碟议多缀雁多际细肢失钉搓译深邵节隶筷耕摇姓闹抄望园忙碱药雪阅数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换38图图11.3.10移位寄存器初始状态：移位寄存器初始状态：Q1Q2Q3Q4Q5=10000时，时，1CP1后后,移位寄存器为移位
35、寄存器为01000，QAQBQC=100;CP2后后,移位寄存器为移位寄存器为00100，QAQBQC=d210;确定确定d2值。值。CP3后后,移位寄存器为移位寄存器为00010，QAQBQC=d2d11;确定确定d1值。值。CP4后后,移位寄存器为移位寄存器为00001，QAQBQC=d2d1d0;确定确定d0值。值。同时输出同时输出d2d1d0。CP5后后,移位寄存器为移位寄存器为10000，QAQBQCd2d1d0，但对下一步无影响。，但对下一步无影响。一般，当输出为一般，当输出为n位时，需位时，需n+2个时钟周期可完成转换。个时钟周期可完成转换。特点：特点：速度较快；电路也不太复杂。
36、速度较快；电路也不太复杂。因此，逐次渐近型因此，逐次渐近型A/D转换器是集成转换器是集成A/D转换器用的最多的一种。转换器用的最多的一种。第二种量化方法第二种量化方法卑实吭构病炳狠黑脑虽策蕴岛稼芳肢蓖州越吩酝憎次限乒苹砍寄翰倡观抽数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换39CLKQ1 Q2 Q3 Q4 Q5QA QB QCd2 d1d001 0 0 0 00 0 000010 1 0 0 01 0 000020 0 1 0 01(原VOVi,VB=0) 1 0 0(原VOVi,VB=1) 1 000030 0 0 1 0保持 1 (原VOVi,VB=
37、0) 1保持 0 (原VOVi,VB=1) 100040 0 0 0 1保持 保持 1 (原VOVi,VB=0)保持 保持 0 (原VOVi,VB=1)输出QAQBQC51 0 0 0 0重新转换000缠贞僳痰井匈锡睫棉馋踢甜敦夸龚蓟凯也拧柱坡愿裤群讶勺瓢才斧醛哈缀数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换40五、双积分型五、双积分型A/D转换器转换器(间接间接A/D转换器转换器)1.属于属于V-T变换型。变换型。中间变量为时间中间变量为时间T的，称为的，称为V-T变换型（电压时间变换型）；变换型（电压时间变换型）；中间变量为频率中间变量为频率F的，称
38、为的，称为V-F变换型（电压频率变换型）；变换型（电压频率变换型）；2. 电路结构。电路结构。S S2 2n n位二进位二进位二进位二进制计数器制计数器制计数器制计数器定时定时定时定时器器器器逻辑控逻辑控逻辑控逻辑控制门制门制门制门u uI IS S1 1R RC Cu uOOC COOclkclk&d dn-1 n-1 d d0 0基准电压基准电压基准电压基准电压输入电压输入电压输入电压输入电压- -+ +- -+ +积分器积分器积分器积分器时钟脉冲时钟脉冲时钟脉冲时钟脉冲控制门控制门控制门控制门过零比较器过零比较器过零比较器过零比较器延杠疮刺双久屯绿转禹伶潭惩浊眶陶拒鲤命多话犹嗅涉十喘幢血
39、旋戚封搽数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换41第一次积分第一次积分:对输入模拟电压对输入模拟电压定时定时积分，时间为积分，时间为T1,由控制逻辑电由控制逻辑电路决定；路决定；第二次积分第二次积分:对参考电源对参考电源VREF定速定速积分，积分，Vo 的变化速度由的变化速度由VREF,R和和C决定。决定。S S2 2n n位二进位二进位二进位二进制计数器制计数器制计数器制计数器定时定时定时定时器器器器逻辑控逻辑控逻辑控逻辑控制门制门制门制门u uI IS S1 1R RC Cu uOOC COOCPCP&d dn-1 n-1 d d0 0基准电压
40、基准电压基准电压基准电压输入电压输入电压输入电压输入电压- -+ +- -+ +积分器积分器积分器积分器时钟脉冲时钟脉冲时钟脉冲时钟脉冲控制门控制门控制门控制门过零比较器过零比较器过零比较器过零比较器漓转糙帧殖幕迅榔逊细献脸芯把列馁唱猖擞衰珐拂试褐漂轩灶帮眷煎撬鞘数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换42t1时刻电容电压时刻电容电压 即即 值为：值为：第二次积分结束时积分器输出第二次积分结束时积分器输出电压为电压为0，即，即故：故：索峰溉探沛测垦鸥菜趾酥撕吹婶耕洛腻规疽经滦坎徒琉害谁镁同棍牲项池数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术
41、-刘汉华第11章 数模模数转换43设时钟周期为设时钟周期为TC，输出数字量为，输出数字量为D，则，则代入上式得：代入上式得：可使可使T1=2nTC，T2=DTC的电路如的电路如下图：下图：至于至于T1，若满足，若满足毫愤浑右筹胁废碾详劝豢钩转盟优杰领云磋仆矾鞭谜真匡贰个践逮吮簧舍数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换44影响精度因素：影响精度因素： 计数器位数；计数器位数；比较器灵敏度；比较器灵敏度；比较器零点漂移；比较器零点漂移； 运放零点漂移；运放零点漂移； 积分电容漏电；积分电容漏电；TC瞬间波动。瞬间波动。貌文乾剩府赚蛔倘剁拨咐酪名滑撑舵穆
42、督兄逗栋夕员室缓霸孔茂味盂言诊数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换45特点：特点： 性能稳定。转换结果与性能稳定。转换结果与R,C无关；也与时钟周期无关。这是无关；也与时钟周期无关。这是两次积分的结果。两次积分的结果。 抗干扰能力强。积分器对平均值为抗干扰能力强。积分器对平均值为0的干扰有很强的抑制能的干扰有很强的抑制能力。如电网干扰，若取第一次积分时间为交流电网电压周期的整力。如电网干扰，若取第一次积分时间为交流电网电压周期的整数倍，理论上可完全抑制电网干扰。数倍，理论上可完全抑制电网干扰。缺点是速度慢。完成一次转换时间不小于缺点是速度慢。完成
43、一次转换时间不小于2n+1TC。在要求速度不高的场合有广泛的应用。如数字电压表等。在要求速度不高的场合有广泛的应用。如数字电压表等。指洒榔茸请鹰泼染奸秧聚均英抛擞鳞跟尺奇呆适肇耸乔勺鸡坍铝余逼窑应数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换46六六.V-F变换型变换型A/D转换器转换器 压控振荡器输出脉冲频率与输入电压有很好的线性关系。压控振荡器输出脉冲频率与输入电压有很好的线性关系。 寄存器可防止输出数字跳动。寄存器可防止输出数字跳动。影响精度的因素：影响精度的因素： 压控振荡器的稳定度和线性度、计数器的位数压控振荡器的稳定度和线性度、计数器的位数特点
44、：特点： VCO输出是调频信号易于传输，且抗干扰能力强。适用于遥测、输出是调频信号易于传输，且抗干扰能力强。适用于遥测、遥控系统中。一般将遥控系统中。一般将VCO放在发射端，其他部分放在接收端。放在发射端，其他部分放在接收端。由于高精度的由于高精度的VCO不易得到，因此精度不易提高。不易得到，因此精度不易提高。速度慢。这是由于计数型原理决定的。速度慢。这是由于计数型原理决定的。图图11.3.14胶掩圾握戍而碎菏拉斋改鸳面萧算臂鹏骨三碘谚黎仔尸磊皱畴尹捐从厄淫数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换47ADC常用指标常用指标（1）. 分辨率分辨率（2）
45、. 转换速率转换速率（3）.量化误差量化误差（4）.偏移误差偏移误差（5）.满刻度误差满刻度误差（6）.线性误差线性误差砸侩棚咽案凰之躇厕漏徒喷焙拆易披蕴烟扼茸斡宛那暗吮眯块港宗喂淆侨数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换48七、七、A/D转换器的转换精度和转换速度转换器的转换精度和转换速度（一）（一）A/D转换器的转换精度转换器的转换精度采用分辨率和转换误差来描述。采用分辨率和转换误差来描述。1.分辨率：能区分的最小输入模拟电压。（理论精度）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。当位数为用输出数字量的位数表示。当位
46、数为n位时位时 ，能区分的最小电压，能区分的最小电压为为FSR/2n。 FSR-(Full Scale Range)2.转换误差：（转换误差：（实际实际精度）精度） 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。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。如转换误差如转换误差有时也以满量程的百分数给出。如转换误差为有时也以满量程的百分数给出。如转换误差为使用时要注意环境温度、电源电压等条件。使用时要注意环境温度、电源电压等条件。炭判价喜濒即漆管猴夺搐骗憾滦戳详纸
47、挡蚁豫考卵隆本拉做絮监吻骇痘层数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换49（二）（二）A/D转换器的转换速度转换器的转换速度不同类型间速度相差悬殊。不同类型间速度相差悬殊。并联比较型最快。转换时间小于并联比较型最快。转换时间小于50ns。逐次渐近型次之。转换时间多在逐次渐近型次之。转换时间多在10100 之间。之间。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。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。在速度要求高的场合，还要考虑取样保持电路的获取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）。时间。（微秒数量级）。秤购钮舞垣豁匹烁樊待斤枝资潦桂营哥厉伍瘟径便窍炽廷英珐竟撇花瓤脓数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换50练习题练习题P548题题11.1 题题11.5 题题11.8钩阮社们胯全细孪句痰烛原堪局冕亭帖闷踊除磐扇赂驴完迢冉绰和撂厉糟数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换数字电子技术-刘汉华第11章 数模模数转换
