專用集成電路設(shè)計(jì)(AD和DA轉(zhuǎn)換器)

1、12021-12-216.3 D/A 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 器器6.4 A/D 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 器器專用集成電路設(shè)計(jì)22021-12-21一、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念和作用一、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念和作用 數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量( (電壓或電電壓或電流流) )，使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比，使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比。 實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器 Digital - Analog Converter，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 D/A 轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器或 DAC。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換即將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使輸出即將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使

2、輸出的數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。的數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。 實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器 Analog - Digital Converter，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 A/D 轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器或 ADC。 32021-12-21為何要進(jìn)行數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換？為何要進(jìn)行數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換？ 42021-12-21二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例壓力傳感器壓力傳感器溫度傳感器溫度傳感器流量傳感器流量傳感器四四路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)數(shù)數(shù)字字控控制制計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)DAC模擬控制器模擬控制器模擬控制器模擬控制器液位傳感器液位傳感器DACDAC模擬控制器模擬控制器模擬

3、控制器模擬控制器生生 產(chǎn)產(chǎn) 控控 制制 對(duì)對(duì) 象象DACADC二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例 52021-12-21 D/A轉(zhuǎn)換器即數(shù)轉(zhuǎn)換器即數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(Digital to Analog Converter), 其任務(wù)是將數(shù)字量轉(zhuǎn)其任務(wù)是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。換為模擬量。 D/A轉(zhuǎn)換器廣泛用于信號(hào)處理中，轉(zhuǎn)換器廣泛用于信號(hào)處理中， 如數(shù)字如數(shù)字存儲(chǔ)示波器的示波管顯示器、存儲(chǔ)示波器的示波管顯示器、 增益控制、增益控制、 精密衰減器，精密衰減器， 精密數(shù)控電源，精密數(shù)控電源， 直接數(shù)字頻直接數(shù)字頻率合成器等等。率合成器等等。6.3 D/A 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 器器 6

4、2021-12-21電 阻 串(Resistor String)串 行 電 荷 再 分配并 行 電 荷 再 分配電 容 網(wǎng) 絡(luò) 型電 阻 網(wǎng) 絡(luò) 型開(kāi) 關(guān) 電 容電 流 鏡晶 體 管 網(wǎng) 絡(luò) 型D/A轉(zhuǎn) 換 器電 阻 電 容 混 合 型D/A轉(zhuǎn)換器的類型轉(zhuǎn)換器的類型(分類）：分類）：4 類類72021-12-21 6.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理 D/A轉(zhuǎn)換器的原理框圖如下圖轉(zhuǎn)換器的原理框圖如下圖6-15 所示。所示。 其中，其中， b1bN為為N位數(shù)字量輸入，位數(shù)字量輸入， Uref為參考電壓。為參考電壓。 輸出模擬輸出模擬量為：量為： Uo=KDUref，K為比例因子，為比例因子，D

5、為：為： 故，故， 參 考 電 壓比 例 網(wǎng) 絡(luò)輸 出 放 大 器UrefDUrefUo KDUref二 進(jìn) 制 開(kāi) 關(guān)b1b2b3bNNiiiNNbbbbD12212222NiiirefbKUU10282021-12-21圖圖 6 - 16 D/A轉(zhuǎn)換器輸入輸出理想特性轉(zhuǎn)換器輸入輸出理想特性0000010100111001011101110FS數(shù) 字 輸 入 代 碼1LSB理 想 模 擬 輸 出D/A輸 出FS81FS82FS83FS84FS85FS86FS87模 擬輸 出值 當(dāng)輸入數(shù)字量最低位變化時(shí)，當(dāng)輸入數(shù)字量最低位變化時(shí)， 對(duì)應(yīng)的模擬量對(duì)應(yīng)的模擬量跳一個(gè)臺(tái)階，輸出為階梯波信號(hào)。跳一個(gè)臺(tái)

6、階，輸出為階梯波信號(hào)。NredULSB2192021-12-21 2. D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 1) 代表精度的指標(biāo)代表精度的指標(biāo)位數(shù)位數(shù)(bit數(shù)數(shù))分辨率分辨率 NredULSBU21階梯波臺(tái)階電壓階梯波臺(tái)階電壓：2) 代表速度的指標(biāo)代表速度的指標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率 即從數(shù)字信號(hào)輸入即從數(shù)字信號(hào)輸入D/A轉(zhuǎn)換器到輸出電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換器到輸出電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需要時(shí)間，值所需要時(shí)間， 該時(shí)間決定了該時(shí)間決定了D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。 實(shí)際上，實(shí)際上，D/A轉(zhuǎn)換要按時(shí)鐘節(jié)拍工作。轉(zhuǎn)換要按時(shí)鐘節(jié)拍工作。 通常用最高時(shí)通常用最高時(shí)鐘頻率來(lái)表達(dá)鐘

7、頻率來(lái)表達(dá)D/A轉(zhuǎn)換器的工作速度。轉(zhuǎn)換器的工作速度。3) 靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差 所謂靜態(tài)誤差，是與時(shí)間無(wú)關(guān)，反映靜態(tài)工作所謂靜態(tài)誤差，是與時(shí)間無(wú)關(guān)，反映靜態(tài)工作時(shí)實(shí)際模擬輸出接近理想模擬輸出的程度。通常有時(shí)實(shí)際模擬輸出接近理想模擬輸出的程度。通常有失調(diào)誤差、失調(diào)誤差、 增益誤差、增益誤差、 非線性誤差等。非線性誤差等。102021-12-21 1. 例置例置R-2R梯形梯形D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 1) 電路電路 倒置倒置R-2R梯形梯形D/A轉(zhuǎn)換器電路如圖轉(zhuǎn)換器電路如圖 6 - 18 所示。所示。 該該電路的優(yōu)點(diǎn)是電阻類電路的優(yōu)點(diǎn)是電阻類型少，只有型少，只有R和和2R兩種，易實(shí)現(xiàn)。兩種，易實(shí)現(xiàn)。 6.

8、3.2 D/A轉(zhuǎn)換器電路轉(zhuǎn)換器電路圖圖 6 - 18 倒置倒置R-2R梯形梯形D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器R2RI1S1UrefR2RI2S22RI3S32RINSN2RIoQUoRF112021-12-21II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI3RRRABC從從 A、B、C 節(jié)點(diǎn)向左看去，各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的等效電阻均為節(jié)點(diǎn)向左看去，各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的等效電阻均為 2R。122021-12-21 由圖可見(jiàn)，輸出電壓由圖可見(jiàn)，輸出電壓Uo為：為：Uo=-RF Io 而而Io視開(kāi)關(guān)視開(kāi)關(guān)S1SN的狀態(tài)而定。的狀態(tài)而定。S表示數(shù)字量控制表示數(shù)字量控制開(kāi)關(guān)，當(dāng)數(shù)字量為開(kāi)關(guān)，當(dāng)數(shù)字量為“0”時(shí)，開(kāi)關(guān)接地

9、，電流不流入運(yùn)時(shí)，開(kāi)關(guān)接地，電流不流入運(yùn)放放; 只有當(dāng)數(shù)字量為只有當(dāng)數(shù)字量為“1”時(shí)，開(kāi)關(guān)接到運(yùn)算時(shí)，開(kāi)關(guān)接到運(yùn)算放大器的虛放大器的虛地點(diǎn)，其電流才流入運(yùn)放而產(chǎn)生輸出地點(diǎn)，其電流才流入運(yùn)放而產(chǎn)生輸出。 各電流關(guān)系為：各電流關(guān)系為： I1=2I2=22I3=2N-1IN2) 工作原理工作原理R2RI1S1UrefR2RI2S22RI3S32RINSN2RIoQUoRF132021-12-21模擬量輸出為模擬量輸出為 NiiirefFFoobURRRIU12若若N=3, 且數(shù)字字且數(shù)字字(即數(shù)字輸入代碼即數(shù)字輸入代碼)為為“110”， RF=R, 那那么么 refrefoUUU86804121流入

10、運(yùn)放總電流為：流入運(yùn)放總電流為：NiiiredNNredNiiobRUbbbRUII122112222142021-12-21 如下圖，數(shù)字字如下圖，數(shù)字字b1bN通過(guò)兩級(jí)非門(mén)構(gòu)成的分相電通過(guò)兩級(jí)非門(mén)構(gòu)成的分相電路變成路變成bi和和bi，然后分別去控制兩個(gè)傳輸門(mén)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)。，然后分別去控制兩個(gè)傳輸門(mén)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)。 當(dāng)當(dāng)b1=“1”，b1=“0”時(shí)，時(shí)， 傳輸門(mén)傳輸門(mén)導(dǎo)通，導(dǎo)通， 將將Si接到虛接到虛地點(diǎn)地點(diǎn)Q。 反之，當(dāng)反之，當(dāng)b1=“0”, b1=“1”時(shí)，時(shí)， 傳輸門(mén)傳輸門(mén)導(dǎo)通，導(dǎo)通，截止，截止， 將將Si接到地。接到地。圖圖 6 19 D/A轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)電路轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)電路Sib1Q1b分

11、相電路b1b11bb2b22bbNbNNb3) 開(kāi)關(guān)電路開(kāi)關(guān)電路2選選1電路電路152021-12-21 1) 電路電路 如下圖所示，該電路由電容網(wǎng)絡(luò)與一組開(kāi)關(guān)組成，如下圖所示，該電路由電容網(wǎng)絡(luò)與一組開(kāi)關(guān)組成， 并由兩相不重疊時(shí)鐘控制。并由兩相不重疊時(shí)鐘控制。2. 權(quán)電容權(quán)電容D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器11 2NC終 端 電容1 2NC2 bN2Nb12 2NC2 bN 121 Nb12C2 b222b12 b121b1CUrefUoA 2)工作原理工作原理 (1) 當(dāng)當(dāng)1=“1”時(shí)時(shí)，終端電容被短路，其它電容下，終端電容被短路，其它電容下端均接地，處于全放電狀態(tài)，所有電容電荷為端均接地，處于全放電狀

12、態(tài)，所有電容電荷為0。 稱稱此階段為此階段為“復(fù)位期復(fù)位期”。162021-12-21(2) 當(dāng)當(dāng)1=“0”時(shí)時(shí)， 電路進(jìn)入工作期，電路進(jìn)入工作期， 有兩種情況：有兩種情況： 2=“0”，所有受，所有受2控制的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電容下端懸控制的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電容下端懸空，空， Uo=0。 2=“1”，則，則: 若若bi=“1”，bi=“0”, 則受則受2bi控制的開(kāi)關(guān)閉合，控制的開(kāi)關(guān)閉合， 相相應(yīng)的電容下端被接到參考電壓應(yīng)的電容下端被接到參考電壓Uref。 若若bi=“0”，bi=“1”, 則受則受2bi控制的開(kāi)關(guān)閉合，控制的開(kāi)關(guān)閉合， 相相應(yīng)的電容下端被接地。應(yīng)的電容下端被接地。11 2NC終 端 電容

13、1 2NC2 bN2Nb12 2NC2 bN121 Nb12C2 b222b12 b121b1CUrefUoA172021-12-21 (3) 等效電路等效電路。 電容分壓的等效電路如下圖。電容分壓的等效電路如下圖。 圖中圖中Ceq代表對(duì)應(yīng)代表對(duì)應(yīng)bi=“1”被接到參考電壓被接到參考電壓Uref的電的電容之和容之和，2C代表電路中所有電容之和，代表電路中所有電容之和，那么那么(2C-Ceq)代表對(duì)應(yīng)代表對(duì)應(yīng)bi=“0”即接地電容之和。即接地電容之和。 根據(jù)串聯(lián)電容上電根據(jù)串聯(lián)電容上電荷相等的原理，荷相等的原理， 有：有：UA(2C-Ceq)=(Uref-UA)CeqNiiiNNeqbCCbCb

14、CbC1212222則則： NiiirefrefeqAobUUCCUU122圖圖 6 - 22 電容分壓等效電路電容分壓等效電路 UrefUoCeq(2C Ceq)182021-12-21 3) 開(kāi)關(guān)電路開(kāi)關(guān)電路受受2控制的開(kāi)關(guān)電路如圖控制的開(kāi)關(guān)電路如圖 6 - 23 所示。所示。 圖 6 - 23 權(quán)電容D/A轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān) Urefbi2bi22ACUoib2ibbi2=1，時(shí)傳輸門(mén)，時(shí)傳輸門(mén)I導(dǎo)通導(dǎo)通bi2=0，時(shí)傳輸門(mén)，時(shí)傳輸門(mén)II導(dǎo)通導(dǎo)通192021-12-21 3. 開(kāi)關(guān)樹(shù)開(kāi)關(guān)樹(shù)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 1) 電路電路 用用2N個(gè)電阻串和開(kāi)關(guān)樹(shù)組成。個(gè)電阻串和開(kāi)關(guān)樹(shù)組成。R8R7R6R5

15、AR4R3R2R1BS3CUob3b2b1 Uref1b2b3bS1S1S1S1S2S21S1S1S1S2S2S3S(a) 該電路電阻數(shù)為該電路電阻數(shù)為2N個(gè)，個(gè)， 其中其中N為位數(shù)。為位數(shù)。 這種電路這種電路中所有的電阻均相同，中所有的電阻均相同， 開(kāi)開(kāi)關(guān)也相同，關(guān)也相同， 實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易容易, 但電阻多，但電阻多， 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)也多，也多， 所占硅片面積比較所占硅片面積比較大，大， 而且轉(zhuǎn)換器對(duì)寄生電而且轉(zhuǎn)換器對(duì)寄生電容敏感，容敏感， 導(dǎo)致信號(hào)延遲。導(dǎo)致信號(hào)延遲。202021-12-21 2) 原理原理 (1) 分壓定標(biāo)。分壓定標(biāo)。 該電路共有該電路共有2N個(gè)電阻，個(gè)電阻， 且所

16、有電阻相等，且所有電阻相等， 電電阻串對(duì)參考電壓阻串對(duì)參考電壓Uref分分壓。壓。 對(duì)第對(duì)第i個(gè)電阻分割個(gè)電阻分割點(diǎn)的電壓點(diǎn)的電壓Ui為為iUiRRUUNrefNrefi22到底是哪個(gè)電阻分割點(diǎn)的到底是哪個(gè)電阻分割點(diǎn)的電壓輸出，電壓輸出， 則由開(kāi)關(guān)樹(shù)決則由開(kāi)關(guān)樹(shù)決定。定。R8R7R6R5AR4R3R2R1BS3CUob3b2b1 Uref1b2b3bS1S1S1S1S2S21S1S1S1S2S2S3S(a)212021-12-21 圖 6 - 26 開(kāi)關(guān)電路 S3A(輸入)B(輸入)C(輸出)b33S3b3) 開(kāi)關(guān)電路開(kāi)關(guān)電路222021-12-21 常用的集成DAC有有AD7520、DAC0

17、832、DAC0808、DAC1230、MC1408、AD7524等，這里僅對(duì)DAC0832作簡(jiǎn)要介紹。 1. D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832 DAC0832是CMOS工藝，8位D/A轉(zhuǎn)換器芯片，20腳雙列直插封裝。邏輯電平輸入與TTL兼容。有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式。可與單片機(jī)或微處理器直接接口，也可單獨(dú)使用。 232021-12-218位輸入鎖存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器2LE1LE2WR70 DIDI765416151413ILE1912181781211931020VCCDGNDAGNDREFV2OUTI1OUTIfbRfbR1WRCSXFER 242021-

18、12-211234567891020191817161514131211DAC0832CS1WRAGND3DI2DI1DI0DIREFVfbRDGND1OUTI2OUTI7DI6DI5DI4DIXFER2WRILEVCC 252021-12-21262021-12-21DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器輸出與輸入的關(guān)系轉(zhuǎn)換器輸出與輸入的關(guān)系（ 設(shè)設(shè)VREF=10V）272021-12-212. 8 位位 CMOS 集成集成 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 CDA7520 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)鎖存器數(shù)據(jù)鎖存器20 k 20 k 20 k 20 k 20 k10 k 10 k 10 k 10 k VDDVREF15121

19、3CSWR45611D7( (MSB) )D6D5D0( (LSB) )S0S1S2S7OUT112316iRFBOUT2GND基準(zhǔn)電壓輸入端基準(zhǔn)電壓輸入端 VREF 可正可負(fù)可正可負(fù) 片選控制端片選控制端 電源電壓范圍電源電壓范圍 + 5 V + 15 V 8 位數(shù)據(jù)輸入端，位數(shù)據(jù)輸入端，其電平與其電平與 TTL 電平兼電平兼容。容。MSB 表示最高位，表示最高位，LSB 表示最低位。表示最低位。接地端接地端 內(nèi)部反饋電阻內(nèi)部反饋電阻 RF 的引出端的引出端 兩個(gè)輸出端，一般將兩個(gè)輸出端，一般將 OUT2 接地，接地，OUT1 接運(yùn)放反向端。接運(yùn)放反向端。 寫(xiě)信號(hào)控制端寫(xiě)信號(hào)控制端 2820

20、21-12-21 961. 9256550225625512REFLSB8 VUU解：解： 當(dāng)當(dāng) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 = 11111111 時(shí)，輸出為滿度值。時(shí)，輸出為滿度值。uO = - - UFSR - - 9.961 V。 例例 右圖為右圖為 CDA7524 的單極性的單極性輸出應(yīng)用電路。圖輸出應(yīng)用電路。圖中電位器中電位器 R1 用于調(diào)用于調(diào)整運(yùn)放增益，電容整運(yùn)放增益，電容 C 用以消除運(yùn)放的用以消除運(yùn)放的自激。已知自激。已知 ULSB = VREF / 256，試求滿，試求滿度輸出電壓及滿度度輸出電壓及滿度輸出時(shí)所需的輸入輸出時(shí)所需的輸入信號(hào)。信號(hào)。 CDA

21、752045789106111213D7D6D4D3D2D1D5D0CS314VDD151612VREF = 10V+- -OUT1OUT2uOC2 k R2R11 k 15 pFWR292021-12-218位的位的D/A轉(zhuǎn)換器常用的有轉(zhuǎn)換器常用的有DAC0832、DAC0808，都屬于，都屬于R2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)型。型。剛才所介紹的剛才所介紹的AD7520為為AD公司的產(chǎn)品。公司的產(chǎn)品。302021-12-21 6.4 A/D 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 器器 1. A/D轉(zhuǎn)換器的原理及特性轉(zhuǎn)換器的原理及特性 A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，是數(shù)字轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，是數(shù)

22、字化過(guò)程的第一步，也是數(shù)字化的必經(jīng)之路化過(guò)程的第一步，也是數(shù)字化的必經(jīng)之路。數(shù)字化過(guò)程一般包括以下三個(gè)步驟：數(shù)字化過(guò)程一般包括以下三個(gè)步驟： 取樣保持取樣保持(S/H)：要是獲取模擬信號(hào)某一時(shí)刻的樣品，并：要是獲取模擬信號(hào)某一時(shí)刻的樣品，并在一定時(shí)間內(nèi)保持這個(gè)樣品值不變。在一定時(shí)間內(nèi)保持這個(gè)樣品值不變。 量化：將取得樣品值量化為用量化：將取得樣品值量化為用“0”、“1”表示的數(shù)字量。表示的數(shù)字量。 編碼：編碼： 將量化后的數(shù)字量按一定規(guī)則編碼成數(shù)據(jù)流，以將量化后的數(shù)字量按一定規(guī)則編碼成數(shù)據(jù)流，以便進(jìn)一步存儲(chǔ)與處理。便進(jìn)一步存儲(chǔ)與處理。312021-12-21A /D 轉(zhuǎn)換的一般步驟轉(zhuǎn)換的一般步

23、驟 322021-12-21 圖中，量化器就是一系列加不同參考電圖中，量化器就是一系列加不同參考電平的電壓比較器，當(dāng)輸入電壓高于該比較器的平的電壓比較器，當(dāng)輸入電壓高于該比較器的參考電平參考電平Uref時(shí)，比較器輸出的數(shù)字量為時(shí)，比較器輸出的數(shù)字量為“1”；低于參考電平低于參考電平Uref時(shí)，輸出為時(shí)，輸出為“0”。圖圖 6 - 36 A/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖轉(zhuǎn)換器的原理框圖 332021-12-21 2. A/D轉(zhuǎn)換器的主要指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要指標(biāo) (1) 分辨率分辨率， 即即“位數(shù)位數(shù)”(bit數(shù)數(shù)A/D數(shù)數(shù)字化的字長(zhǎng)字化的字長(zhǎng))。 這是一個(gè)表達(dá)精度的指標(biāo)。這是一個(gè)表達(dá)精度的指標(biāo)。 如如果果A/

24、D轉(zhuǎn)換器的滿刻度輸入為轉(zhuǎn)換器的滿刻度輸入為UFSR，位數(shù)為，位數(shù)為N， 則則12221222QeQNFSRQUULSBUU量化電平 量化誤差 量化噪聲方差 (6 - 48a) (6 -48b) (6 - 48c) 342021-12-21圖圖 6 - 37 3位位A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性0000010100111001011101110FS歸 一 化 模 擬 輸 入1LSB轉(zhuǎn) 換 理想FS81FS83FS85FS87輸 出 數(shù) 字 碼FS41FS21FS4381418321854387理 想 量 化 模 擬輸 入理 想 轉(zhuǎn) 換 特 性標(biāo) 稱 量 化 值( LSB )2135202

25、1-12-21 (2) 采樣率采樣率，即最高時(shí)鐘頻率，這是，即最高時(shí)鐘頻率，這是一個(gè)表達(dá)一個(gè)表達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度的指標(biāo)。轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度的指標(biāo)。 (3) 其它靜態(tài)特性其它靜態(tài)特性指標(biāo)還有失調(diào)誤差、指標(biāo)還有失調(diào)誤差、 增益誤差、增益誤差、 非線性誤差等，其意義與非線性誤差等，其意義與D/A轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)誤差相同。轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)誤差相同。362021-12-21 6.4.2 A/D轉(zhuǎn)換器的分類及應(yīng)用轉(zhuǎn)換器的分類及應(yīng)用 A/D轉(zhuǎn)換器的類型很多，如下圖所示：有高速并轉(zhuǎn)換器的類型很多，如下圖所示：有高速并行行Flash A/D， 有速度與精度折中較好的流水線有速度與精度折中較好的流水線A/D，有適用于數(shù)字

26、電壓表的雙斜率積分式有適用于數(shù)字電壓表的雙斜率積分式A/D，也有適用，也有適用范圍很廣的逐次比較式范圍很廣的逐次比較式A/D等。等。 圖圖 6 - 38 A/D轉(zhuǎn)換器類型轉(zhuǎn)換器類型 雙斜率階梯型逐次逼近A/D積分型利用D/A轉(zhuǎn)換器算法A/DA/D轉(zhuǎn)換器-A/D并行A/DFlash流水線A/D372021-12-21 6.4.3 A/D轉(zhuǎn)換器電路舉例轉(zhuǎn)換器電路舉例 1. 逐次比較型逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（逼近型逼近型） 逐次比較型逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器是一種低成本，分轉(zhuǎn)換器是一種低成本，分辨率和速度都比較好的辨率和速度都比較好的A/D轉(zhuǎn)換器，因此應(yīng)用轉(zhuǎn)換器，因此應(yīng)用十分廣泛。十分廣泛。

27、該該A/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖如圖轉(zhuǎn)換器的原理框圖如圖 6 - 40 所示。所示。382021-12-21C逐 次 逼 近寄 存 器SAR高 分 辨 率 比 較器S/HUi模 擬 輸出控 制 與 定 時(shí)高 速 D/A轉(zhuǎn) 換 命 令轉(zhuǎn) 換 完 成 信 號(hào)數(shù) 字 輸出*iU 工作過(guò)程：工作過(guò)程：電路收到轉(zhuǎn)換命令后，首先將逐次逼近寄存器電路收到轉(zhuǎn)換命令后，首先將逐次逼近寄存器置置“0”(清零清零)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，邏輯控制電路邏輯控制電路先將逐次逼近寄存器最高位先將逐次逼近寄存器最高位(Dn-1)置置“1”，其它位置，其它位置“0”，經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器重新轉(zhuǎn)換為模擬電壓

28、轉(zhuǎn)換器重新轉(zhuǎn)換為模擬電壓Uo(相當(dāng)于相當(dāng)于UFSR/2)，然后將此電壓回送到比較器，與輸入信號(hào)然后將此電壓回送到比較器，與輸入信號(hào)Ui比較。比較。 若若 UoUi 數(shù)字輸出最高位改為數(shù)字輸出最高位改為“0”392021-12-21 第二個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，第二個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，邏輯控制電路將寄存器次邏輯控制電路將寄存器次高位置高位置“1”，并與最高位一起送到，并與最高位一起送到D/A轉(zhuǎn)換器，將轉(zhuǎn)換器，將 其其輸出電壓輸出電壓Uo 與與Ui再次比較。再次比較。 若若 Uo Ui 數(shù)字輸出次高位改為數(shù)字輸出次高位改為“0” 這個(gè)過(guò)程一直進(jìn)行下去直至最后一位完成。這個(gè)過(guò)程一直進(jìn)行下去直至最后一位完成。C逐 次 逼 近寄 存 器SAR高 分 辨 率 比 較器S/H