【學(xué)習(xí)】第5章ADDA電路設(shè)計

1、第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換 第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換v 在數(shù)字應(yīng)用系統(tǒng)中，通常要將一些被測物理量通過傳在數(shù)字應(yīng)用系統(tǒng)中，通常要將一些被測物理量通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過一定的處理后，需要送到數(shù)感器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過一定的處理后，需要送到數(shù)字系統(tǒng)進行數(shù)字信號的加工處理；同時，經(jīng)過數(shù)字信字系統(tǒng)進行數(shù)字信號的加工處理；同時，經(jīng)過數(shù)字信號的加工處理所獲得的數(shù)據(jù)又需要相應(yīng)的處理，回送號的加工處理所獲得的數(shù)據(jù)又需要相應(yīng)的處理，回送到物理系統(tǒng)，對系統(tǒng)的物理量進行調(diào)節(jié)和控制。到物

2、理系統(tǒng)，對系統(tǒng)的物理量進行調(diào)節(jié)和控制。v 在整個過程中，傳感器輸出的模擬電信號首先要轉(zhuǎn)換在整個過程中，傳感器輸出的模擬電信號首先要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字系統(tǒng)才能對模擬信號進行處理。這成數(shù)字信號，數(shù)字系統(tǒng)才能對模擬信號進行處理。這種模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換稱為模種模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換稱為模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換( (簡稱簡稱ADC)ADC)。數(shù)字系統(tǒng)處理后獲得的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，這種轉(zhuǎn)數(shù)字系統(tǒng)處理后獲得的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，這種轉(zhuǎn)換稱為數(shù)換稱為數(shù)/ /模變換模變換( (簡稱簡稱DAC)DAC)。v 可見可見ADCADC和和DACDAC是連接數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)十分重要的是連接數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)十分重要的接

3、口電路。接口電路。 第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.第第5 5章章 主要內(nèi)容主要內(nèi)容v5.1 5.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器 v5.2 5.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.5.1 5.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器v 5.1.1 DAC5.1.1 DAC的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo) DACDAC的主要技術(shù)指標(biāo)有：的主要技術(shù)指標(biāo)有：v (1)(1)分辨率分辨率 分辯率是指分辯率是指DACDAC能夠分辨出來的最小模擬輸出量（對應(yīng)的數(shù)字能夠分辨出來的最小模擬輸出量（對應(yīng)的數(shù)字量僅最低位為數(shù)字量僅最低位為數(shù)字1 1，其余位為數(shù)字，其余位為數(shù)

4、字0 0）與最大模擬輸出量）與最大模擬輸出量（對應(yīng)的數(shù)字量為所有有效位均為數(shù)字（對應(yīng)的數(shù)字量為所有有效位均為數(shù)字1 1）之比。它是）之比。它是DACDAC在在理論上可以達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。如理論上可以達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。如n n8 8位的位的DACDAC，其分辨率為，其分辨率為 有時也直接使用有時也直接使用DACDAC輸入的二進制位數(shù)來表示，如輸入位數(shù)輸入的二進制位數(shù)來表示，如輸入位數(shù)n n8 8，則分辨率，則分辨率8 8位。位。 004. 01821121n第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)v（2 2）轉(zhuǎn)換誤差）轉(zhuǎn)換誤差由于由于DACDAC內(nèi)部電阻

5、網(wǎng)絡(luò)（內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)（V VR R ，運放）等存在誤差，運放）等存在誤差，導(dǎo)致導(dǎo)致V Vo o和數(shù)字量之間是非理想的線性關(guān)系。這些誤和數(shù)字量之間是非理想的線性關(guān)系。這些誤差主要有比例誤差（主要由基準(zhǔn)電壓的偏離、運算差主要有比例誤差（主要由基準(zhǔn)電壓的偏離、運算放大器輸入端電阻偏差、反饋電阻偏差等引起）、放大器輸入端電阻偏差、反饋電阻偏差等引起）、漂移誤差（主要由運算放大器的零點漂移等引起）漂移誤差（主要由運算放大器的零點漂移等引起）和非線性誤差（包括積分非線性誤差和微分非線性和非線性誤差（包括積分非線性誤差和微分非線性誤差，主要由各位模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻、導(dǎo)通壓降誤差，主要由各位模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻、

6、導(dǎo)通壓降和電阻網(wǎng)絡(luò)中各個電阻的阻值不一致等引起）等。和電阻網(wǎng)絡(luò)中各個電阻的阻值不一致等引起）等。轉(zhuǎn)換誤差通常用最低有效位的倍數(shù)來表示，如轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換誤差通常用最低有效位的倍數(shù)來表示，如轉(zhuǎn)換誤差為，這表示輸出模擬電壓的絕對誤差為。有時誤差為，這表示輸出模擬電壓的絕對誤差為。有時也用輸出電壓滿度值的百分?jǐn)?shù)來表示。也用輸出電壓滿度值的百分?jǐn)?shù)來表示。 第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)v（3 3）轉(zhuǎn)換精度）轉(zhuǎn)換精度DACDAC的轉(zhuǎn)換精度是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換精度是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，為模擬量，DACDAC電路所能達(dá)到的精電路所能達(dá)到的精確程度。轉(zhuǎn)換精

7、度主要由分辨率確程度。轉(zhuǎn)換精度主要由分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來決定，分辨率愈高，和轉(zhuǎn)換誤差來決定，分辨率愈高，轉(zhuǎn)換誤差愈小，則轉(zhuǎn)換精度愈高。轉(zhuǎn)換誤差愈小，則轉(zhuǎn)換精度愈高。其中分辨率是決定因素。其中分辨率是決定因素。 第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)v（4 4）轉(zhuǎn)換速度）轉(zhuǎn)換速度DACDAC的轉(zhuǎn)換速度主要由建立時間和轉(zhuǎn)換速率來描述。的轉(zhuǎn)換速度主要由建立時間和轉(zhuǎn)換速率來描述。建立時間是將一個數(shù)字量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定模擬信號所需建立時間是將一個數(shù)字量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定模擬信號所需的最長時間的最長時間, ,也可以認(rèn)為是轉(zhuǎn)換時間。一般地也可以認(rèn)為是轉(zhuǎn)換時間。一般地, ,電流

8、電流輸出輸出DACDAC的建立時間較短的建立時間較短, ,電壓輸出電壓輸出DACDAC的建立時間的建立時間較長。較長。轉(zhuǎn)換速率通常指數(shù)字量從最大變換到最小或數(shù)字量轉(zhuǎn)換速率通常指數(shù)字量從最大變換到最小或數(shù)字量從最小變換到最大時輸出電壓的變換率。從最小變換到最大時輸出電壓的變換率。其他指標(biāo)還有信噪比，線性度，溫度系數(shù)等。其他指標(biāo)還有信噪比，線性度，溫度系數(shù)等。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.5.1.2 DAC5.1.2 DAC的選擇的選擇v5.1.2 DAC5.1.2 DAC的選擇的選擇在進行電路系統(tǒng)設(shè)計時，面對林林總總的在進行電路系統(tǒng)設(shè)計時，面對林林總總的DACDAC器件，如何選擇

9、我們所需要的器件，如何選擇我們所需要的DACDAC器件呢？器件呢？這需要綜合考慮很多因素，如系統(tǒng)的技術(shù)指這需要綜合考慮很多因素，如系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)、成本、功耗、安裝等。從上節(jié)介紹的標(biāo)、成本、功耗、安裝等。從上節(jié)介紹的DACDAC的主要技術(shù)指標(biāo)可知，選取的主要技術(shù)指標(biāo)可知，選取DACDAC，首先應(yīng)，首先應(yīng)該考慮的是該考慮的是DACDAC的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度。當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度。當(dāng)然也需要考慮其他要求，如電源、基準(zhǔn)電壓、然也需要考慮其他要求，如電源、基準(zhǔn)電壓、輸入緩沖、輸出模式、工作控制、溫度穩(wěn)定輸入緩沖、輸出模式、工作控制、溫度穩(wěn)定性、功耗、封裝和成本等。性、功耗、封裝和成本等。第第5 5章章

10、 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的選擇的選擇 v（1 1）轉(zhuǎn)換精度）轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度與系統(tǒng)中所測量或控制的信號范圍轉(zhuǎn)換精度與系統(tǒng)中所測量或控制的信號范圍有關(guān)，但估算時必須要考慮到其他因素，轉(zhuǎn)有關(guān)，但估算時必須要考慮到其他因素，轉(zhuǎn)換器位數(shù)應(yīng)該比總精度要求的最低分辯率至換器位數(shù)應(yīng)該比總精度要求的最低分辯率至少要高一位。常見的少要高一位。常見的DACDAC器件有器件有8 8位，位，1010位，位，1212位，位，1414位，位，1616位，位，1818位，位，2020位和位和2424位等。位等。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的選擇的選擇 v（2 2）轉(zhuǎn)換速度）

11、轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度應(yīng)根據(jù)輸入信號的最高頻率來確定，轉(zhuǎn)換速度應(yīng)根據(jù)輸入信號的最高頻率來確定，保證保證DACDAC的轉(zhuǎn)換速率要高于系統(tǒng)要求的采樣的轉(zhuǎn)換速率要高于系統(tǒng)要求的采樣頻率。頻率。如對如對DACDAC轉(zhuǎn)換速度要求高，則必須選用并口轉(zhuǎn)換速度要求高，則必須選用并口數(shù)據(jù)輸入的數(shù)據(jù)輸入的DACDAC。同時與之配合的運算放大。同時與之配合的運算放大器應(yīng)選高速的。若對轉(zhuǎn)換時間無嚴(yán)格要求，器應(yīng)選高速的。若對轉(zhuǎn)換時間無嚴(yán)格要求，則可選高精度的串口則可選高精度的串口DACDAC，如，如TLC0832TLC0832（1010位，位，SPISPI接口），可以減少微控制器或微處理器接口），可以減少微控制器或微處理器的

12、口線占用。的口線占用。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的選擇的選擇v（3 3）電源電壓）電源電壓電源電壓有單電源，雙電源和不同電壓范圍電源電壓有單電源，雙電源和不同電壓范圍之分。這需要根據(jù)系統(tǒng)的所能提供的電源來之分。這需要根據(jù)系統(tǒng)的所能提供的電源來考慮。如系統(tǒng)的所能提供的電源只有單考慮。如系統(tǒng)的所能提供的電源只有單+5V+5V電源，則可以考慮使用工作于電源，則可以考慮使用工作于+5V+5V的單電源的單電源DACDAC。在對干擾要求不嚴(yán)格的情況下在對干擾要求不嚴(yán)格的情況下DACDAC的模擬地的模擬地（AGNDAGND）與數(shù)字地（）與數(shù)字地（DGNDDGND）可直接共地。

13、一）可直接共地。一般的接法應(yīng)該是模擬地與模擬系統(tǒng)的地相連，般的接法應(yīng)該是模擬地與模擬系統(tǒng)的地相連，數(shù)字地與數(shù)字系統(tǒng)的地相連，二者僅在系統(tǒng)數(shù)字地與數(shù)字系統(tǒng)的地相連，二者僅在系統(tǒng)電源處相連。電源處相連。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的選擇的選擇v（4 4）基準(zhǔn)電壓）基準(zhǔn)電壓DACDAC的基準(zhǔn)電壓有內(nèi)基準(zhǔn)、外基準(zhǔn)和單基準(zhǔn)、的基準(zhǔn)電壓有內(nèi)基準(zhǔn)、外基準(zhǔn)和單基準(zhǔn)、雙基準(zhǔn)之分。如系統(tǒng)對溫漂無嚴(yán)格要求，可雙基準(zhǔn)之分。如系統(tǒng)對溫漂無嚴(yán)格要求，可采用一般的基準(zhǔn)電壓源，如采用一般的基準(zhǔn)電壓源，如MC1403MC1403，LM336LM336等。若系統(tǒng)對溫漂有嚴(yán)格要求，則應(yīng)選取精等。若系統(tǒng)

14、對溫漂有嚴(yán)格要求，則應(yīng)選取精密低漂移器件，如密低漂移器件，如LM199/299/399LM199/299/399：溫度系：溫度系數(shù)為數(shù)為1ppm/ 1ppm/ ；動態(tài)內(nèi)阻為；動態(tài)內(nèi)阻為0.5 0.5 ；長期穩(wěn)；長期穩(wěn)定性為定性為20ppm20ppm，穩(wěn)定電壓容差為，穩(wěn)定電壓容差為2 2，帶恒，帶恒溫加熱器。溫加熱器。 第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的選擇的選擇v（5 5）輸入特征）輸入特征有的有的DACDAC的數(shù)字輸入是并行輸入，而有的輸?shù)臄?shù)字輸入是并行輸入，而有的輸入?yún)s是串行輸入。有的入?yún)s是串行輸入。有的DACDAC的數(shù)字輸入為純的數(shù)字輸入為純2 2進制碼，而有的

15、卻為進制碼，而有的卻為8421 BCD8421 BCD碼。碼。v（6 6）輸入緩沖輸入緩沖帶寄存器的帶寄存器的DACDAC，在控制信號的作用下，可，在控制信號的作用下，可在特定的時刻將輸入的數(shù)字信號寫入。主要在特定的時刻將輸入的數(shù)字信號寫入。主要有單緩沖和雙緩沖之分。雙緩沖可用于有單緩沖和雙緩沖之分。雙緩沖可用于DACDAC的級聯(lián)擴展。的級聯(lián)擴展。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的選擇的選擇v（7 7）輸出模式）輸出模式DACDAC器件的輸出模式主要有電壓輸出和電流輸出兩器件的輸出模式主要有電壓輸出和電流輸出兩種。對于電壓輸出，有的系統(tǒng)可能需要雙極性模擬種。對于電壓輸

16、出，有的系統(tǒng)可能需要雙極性模擬電壓輸出。電壓輸出。電壓輸出型電壓輸出型DACDAC一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗輸出。當(dāng)然也有直接從電阻陣列輸出電壓的輸出。當(dāng)然也有直接從電阻陣列輸出電壓的, ,直接直接輸出電壓的器件多用于高阻抗負(fù)載輸出電壓的器件多用于高阻抗負(fù)載, ,由于無輸出放由于無輸出放大器部分的延遲大器部分的延遲, ,故常用于高速故常用于高速DACDAC。在一般應(yīng)用中，很少直接利用電流輸出型在一般應(yīng)用中，很少直接利用電流輸出型DACDAC的電的電流輸出流輸出, ,大多外接電流電壓轉(zhuǎn)換電路，從而得到電大多外接電流電壓轉(zhuǎn)換電路，從而得到電壓輸出。外接電流電壓轉(zhuǎn)換

17、電路有兩種方法：一是壓輸出。外接電流電壓轉(zhuǎn)換電路有兩種方法：一是在輸出引腳上接負(fù)載電阻；二是外接運算放大器。在輸出引腳上接負(fù)載電阻；二是外接運算放大器。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的選擇的選擇v（7 7）輸出模式）輸出模式在輸出引腳上接負(fù)載電阻進行電流電壓轉(zhuǎn)換在輸出引腳上接負(fù)載電阻進行電流電壓轉(zhuǎn)換, ,輸出輸出阻抗高，一般很少用。阻抗高，一般很少用。外接運算放大器進行電流電壓轉(zhuǎn)換外接運算放大器進行電流電壓轉(zhuǎn)換, ,在電路構(gòu)成基在電路構(gòu)成基本上與內(nèi)置放大器的電壓輸出型本上與內(nèi)置放大器的電壓輸出型DACDAC相同。由于相同。由于DACDAC的建立時間加入了運算放大器的

18、延遲的建立時間加入了運算放大器的延遲, ,響應(yīng)速度變響應(yīng)速度變慢。此外慢。此外, ,運算放大器因輸出引腳的內(nèi)部電容而容運算放大器因輸出引腳的內(nèi)部電容而容易起振易起振, ,有時必須作相位補償。有時必須作相位補償。滿幅度輸出滿幅度輸出(Rail to(Rail to RailRail，也稱軌對軌輸出，也稱軌對軌輸出) ) 是業(yè)是業(yè)界出現(xiàn)的新概念，最先應(yīng)用于運算放大器領(lǐng)域，指界出現(xiàn)的新概念，最先應(yīng)用于運算放大器領(lǐng)域，指輸出電壓的幅度可達(dá)輸入電壓范圍，在輸出電壓的幅度可達(dá)輸入電壓范圍，在DACDAC中一般中一般是指輸出信號范圍可達(dá)到電源電壓范圍。是指輸出信號范圍可達(dá)到電源電壓范圍。第第5 5章章 數(shù)模

19、與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的選擇的選擇v（8 8）工作控制）工作控制 有的有的DACDAC不帶寄存器，不需要外部的傳輸控不帶寄存器，不需要外部的傳輸控制信號，數(shù)字量的任何變化將立即反映為模制信號，數(shù)字量的任何變化將立即反映為模擬輸出量的變化，即直通。許多擬輸出量的變化，即直通。許多DACDAC都設(shè)計都設(shè)計成直接與微控制器或微處理器連接，內(nèi)部有成直接與微控制器或微處理器連接，內(nèi)部有用于工作控制的寄存器，需要外部的微控制用于工作控制的寄存器，需要外部的微控制器或微處理器的寄存器配置。有的還需要片器或微處理器的寄存器配置。有的還需要片選、鎖存、電平轉(zhuǎn)換等控制。選、鎖存、電平轉(zhuǎn)換等控制。第

20、第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的選擇的選擇v（9 9）功耗）功耗一般來說，一般來說，CMOSCMOS工藝的芯片功耗較低，工藝的芯片功耗較低，對于如電池供電的手持系統(tǒng)等對功耗對于如電池供電的手持系統(tǒng)等對功耗要求比較高的場合一定要注意功耗指要求比較高的場合一定要注意功耗指標(biāo)。標(biāo)。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.5.1.3 DAC5.1.3 DAC的應(yīng)用的應(yīng)用v5.1.3 DAC5.1.3 DAC的應(yīng)用的應(yīng)用1.1.帶四路輸出的串行帶四路輸出的串行8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器換器TLC5620TLC5620TLC5620TLC5620是美國德州儀器公司生是美

21、國德州儀器公司生產(chǎn)的產(chǎn)的8 8位串行位串行DACDAC，有四路獨立的，有四路獨立的電壓輸出和獨立的基準(zhǔn)源，其輸電壓輸出和獨立的基準(zhǔn)源，其輸出可編程為出可編程為1 1倍或倍或2 2倍，只需單電倍，只需單電源供電源供電, , 具有上電復(fù)位功能。其具有上電復(fù)位功能。其引腳圖如圖引腳圖如圖5.1.15.1.1所示，引腳功所示，引腳功能如表能如表5.1.15.1.1所述。所述。圖圖5.1.1 TLC56205.1.1 TLC5620的引腳圖的引腳圖第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v表表5.1.1 TLC56205.1.1 TLC5620的引腳功能的引腳功能第第5 5

22、章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v 串行輸入數(shù)據(jù)可通過連續(xù)串行輸入數(shù)據(jù)可通過連續(xù)1111個時鐘輸入或通過兩組個時鐘輸入或通過兩組8 8個時個時鐘輸入兩種情況，下面分別說明。鐘輸入兩種情況，下面分別說明。v 串行輸入數(shù)據(jù)通過連續(xù)串行輸入數(shù)據(jù)通過連續(xù)1111個時鐘輸入的情況：個時鐘輸入的情況：v 在在LDACLDAC為低電平，為低電平，LOADLOAD為高電平時，串行輸入數(shù)據(jù)為高電平時，串行輸入數(shù)據(jù)DATADATA在在時鐘時鐘CLKCLK的下降沿送入的下降沿送入TLC5620TLC5620輸入寄存器，在完成所有的輸入寄存器，在完成所有的數(shù)據(jù)輸入后，通過數(shù)據(jù)輸入后，通過L

23、OADLOAD的一個低脈沖再將數(shù)據(jù)輸出到所選的一個低脈沖再將數(shù)據(jù)輸出到所選擇的輸出通道，其時序波形如圖擇的輸出通道，其時序波形如圖5.1.25.1.2所示。所示。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v在在LDACLDAC為高電平，為高電平，LOADLOAD為高電平時，串行輸入為高電平時，串行輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)DATADATA在時鐘在時鐘CLKCLK的下降沿送入的下降沿送入TLC5620TLC5620輸入輸入寄存器，在完成所有的數(shù)據(jù)輸入后，通過寄存器，在完成所有的數(shù)據(jù)輸入后，通過LOADLOAD的一個低脈沖再將數(shù)據(jù)輸出到內(nèi)部鎖存器中，的一個低脈沖再將數(shù)據(jù)輸出到內(nèi)部鎖存

24、器中，需要通過需要通過LDACLDAC的一個低脈沖將數(shù)據(jù)輸出到所選的一個低脈沖將數(shù)據(jù)輸出到所選擇的輸出通道，其時序波形如圖擇的輸出通道，其時序波形如圖5.1.35.1.3所示。所示。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v串行輸入數(shù)據(jù)通過兩組串行輸入數(shù)據(jù)通過兩組8 8個時鐘輸入的情況：個時鐘輸入的情況：v第第1 1組組8 8個時鐘將個時鐘將A1A1、A0A0、RNGRNG輸入到輸入到TLC5620TLC5620的輸?shù)妮斎爰拇嫫?，第入寄存器，? 2組組8 8個時鐘將個時鐘將8 8位輸入數(shù)據(jù)（位輸入數(shù)據(jù)（D7D7D0D0）輸入到輸入寄存器。當(dāng)）輸入到輸入寄存器。當(dāng)

25、LDACLDAC為低電平時，由為低電平時，由LOADLOAD控制的輸出如圖控制的輸出如圖5.1.45.1.4所示。串行輸入數(shù)據(jù)所示。串行輸入數(shù)據(jù)通過兩組通過兩組8 8個時鐘輸入的情況：個時鐘輸入的情況：第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v當(dāng)當(dāng)LDACLDAC為高電平時，由為高電平時，由LDACLDAC控制的輸出如控制的輸出如圖圖5.1.55.1.5所示。所示。 第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v在使用中，在使用中，TLC5620TLC5620輸出電路一般需要加輸出電路一般需要加入如圖入如圖5.1.65.1.6所示的輸出緩

26、沖電路。電阻所示的輸出緩沖電路。電阻R R取值應(yīng)大于取值應(yīng)大于10K10K。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v 2. 122. 12位電壓輸出位電壓輸出D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器TLV5613 TLV5613 TLV5613TLV5613是一個基于電阻串結(jié)構(gòu)的是一個基于電阻串結(jié)構(gòu)的1212位、單電源數(shù)模轉(zhuǎn)換器。位、單電源數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它包含一個它包含一個8 8位并行輸入接口、速度和掉電控制邏輯、一個電位并行輸入接口、速度和掉電控制邏輯、一個電阻串以及一個軌到軌輸出緩沖器。主要特點如下：阻串以及一個軌到軌輸出緩沖器。主要特點如下： 8 8位并行輸入接口，方便與通

27、用微控制器接口。位并行輸入接口，方便與通用微控制器接口。1212位的數(shù)據(jù)采位的數(shù)據(jù)采用兩次輸入（用兩次輸入（8 8位最低位位最低位4 4個最高位）。個最高位）。 輸出電壓具有輸出電壓具有2 2倍增益。倍增益。 具有可編程的建立時間；可編程的建立時間與功耗有一定的關(guān)系：具有可編程的建立時間；可編程的建立時間與功耗有一定的關(guān)系：快速方式時快速方式時1s/4.2mW1s/4.2mW，慢速方式時，慢速方式時3.5s/1.2mW3.5s/1.2mW。讓設(shè)計者在。讓設(shè)計者在速度和功能的關(guān)系上可作最佳選擇。速度和功能的關(guān)系上可作最佳選擇。 較寬的電源電壓范圍：單電源較寬的電源電壓范圍：單電源2.7V2.7V

28、到到5.5V5.5V。 同步或異步刷新同步或異步刷新 全溫度范圍單調(diào)變化全溫度范圍單調(diào)變化 有有2020腳的腳的SOICSOIC封裝（包括封裝（包括DWDW和和PWPW兩種兩種SOICSOIC封裝），標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)和封裝），標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)和工業(yè)級溫度范圍。工業(yè)級溫度范圍。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v TLV5613TLV5613可用于數(shù)字伺服控制環(huán)路，電池供電的測試可用于數(shù)字伺服控制環(huán)路，電池供電的測試儀表，數(shù)字偏移和增益調(diào)整，工業(yè)過程控制，語音合儀表，數(shù)字偏移和增益調(diào)整，工業(yè)過程控制，語音合成，機械和移動控制器件，大容量存儲器件等應(yīng)用中。成，機械和移動控制

29、器件，大容量存儲器件等應(yīng)用中。v TLV5613TLV5613的引腳圖如圖的引腳圖如圖5.1.75.1.7所示。所示。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v圖圖5.1.85.1.8為為TLV5613TLV5613與微控制器與微控制器AT89C51AT89C51的典型接的典型接口電路。本電路中，口電路。本電路中，TLV5613TLV5613的片選腳的片選腳CSCS直接由直接由AT89C51AT89C51的的I/OI/O腳進行選擇。在使用中，可采用譯腳進行選擇。在使用中，可采用譯碼器產(chǎn)生的片選信號來選擇。碼器產(chǎn)生的片選

30、信號來選擇。LDACLDAC被保持為高電被保持為高電位，因此由控制寄存器中的位，因此由控制寄存器中的RLDACRLDAC位來控制刷新位來控制刷新輸出電壓。將輸出電壓。將PWDPWD接到接到DADDDADD，使硬件掉電方式處，使硬件掉電方式處于永久無效狀態(tài)。于永久無效狀態(tài)。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v為了達(dá)到最好的性能，建議為了達(dá)到最好的性能，建議GNDGND、AVDDAVDD和和DVDDDVDD采用不同電源平面，兩個正電源平采用不同電源平面，兩個正電源平面（面（AVDDAVDD和和DVDDDVDD）必須用一個鐵氧體磁）必須用一個鐵氧體磁環(huán)連接到同一點

31、。建議在環(huán)連接到同一點。建議在DVDDDVDD和和GNDGND之間之間接入一個接入一個100nF100nF的陶瓷電容，在的陶瓷電容，在AVDDAVDD和和GNDGND之間接入一個之間接入一個1F1F的鉭電容，并要盡的鉭電容，并要盡可能靠近電源引腳?？赡芸拷娫匆_。v模擬信號和數(shù)字信號必須盡可能分隔得模擬信號和數(shù)字信號必須盡可能分隔得遠(yuǎn)一些。為了避免串?dāng)_，模擬輸出引線遠(yuǎn)一些。為了避免串?dāng)_，模擬輸出引線和數(shù)字輸入引線不能平行布置。和數(shù)字輸入引線不能平行布置。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用v3. 3. 雙緩沖輸入的雙緩沖輸入的1414位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)

32、換器AD7535AD7535AD7535AD7535是美國模擬器件公司（是美國模擬器件公司（ADIADI）生產(chǎn)的）生產(chǎn)的具有雙緩沖輸入的具有雙緩沖輸入的1414位位DACDAC產(chǎn)品。產(chǎn)品。AD7535AD7535具具有標(biāo)準(zhǔn)的片選和儲存器寫邏輯，是和微處理有標(biāo)準(zhǔn)的片選和儲存器寫邏輯，是和微處理器接口完全兼容的，它的高字節(jié)輸入寄存器器接口完全兼容的，它的高字節(jié)輸入寄存器（6 6位）和低字節(jié)輸入寄存器（位）和低字節(jié)輸入寄存器（8 8位）可以分位）可以分別控制數(shù)據(jù)輸入，無論是和別控制數(shù)據(jù)輸入，無論是和8 8位微處理器還位微處理器還是和是和1616位微處理器接口都非常方便。位微處理器接口都非常方便。第第

33、5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用AD7535AD7535主要由主要由1414位位DACDAC變換器、變換器、1414位位DACDAC寄存器、寄存器、6 6位加位加8 8位數(shù)據(jù)寄存器及控制接口邏輯組成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖位數(shù)據(jù)寄存器及控制接口邏輯組成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5.1.95.1.9所示。所示。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.DACDAC的應(yīng)用的應(yīng)用AD7535AD7535主要有三種封裝：主要有三種封裝：DIPDIP，LCCCLCCC和和PLCCPLCC，均為，均為2828個引腳，且引腳排列順序相同。排列個引腳，且引腳排列順序相同。排列DIPDIP封裝的

34、封裝的引腳排列如圖引腳排列如圖5.1.105.1.10所示。所示。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.引腳功能引腳功能第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.AD7535AD7535與與89C5189C51單片機接口單片機接口 v AD7535AD7535與與89C5189C51單片機接口時，單片機接口時，1414位數(shù)據(jù)必須分別加載位數(shù)據(jù)必須分別加載到高到高6 6位和低位和低8 8位數(shù)據(jù)輸入寄存器。位數(shù)據(jù)輸入寄存器。89C5189C51的的8 8位數(shù)據(jù)總位數(shù)據(jù)總線即要和高線即要和高6 6位連，又要和低位連，又要和低8 8位連。位連。 第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換

35、.AD7535AD7535與與89C5189C51單片機接口單片機接口v 圖圖5.1.115.1.11中中AT89C51AT89C51單片機的單片機的8 8位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線P0.0P0.0P0.7P0.7和和AD7535AD7535的低的低8 8位數(shù)據(jù)輸入線順序相連，并且位數(shù)據(jù)輸入線順序相連，并且P0.0P0.0P0.5P0.5低低6 6位總線同時還和位總線同時還和AD7535AD7535的高的高6 6位數(shù)據(jù)輸入位數(shù)據(jù)輸入（DBDB8 8DBDB1515）相連。）相連。v 通過通過74SL13874SL138譯碼器對譯碼器對89C5189C51單片機的高三位地址線譯單片機的高三位地址線譯碼

36、選通碼選通/CSMSB/CSMSB、/CSLSB/CSLSB、/LDAC/LDAC，所以，所以AD7535AD7535高高6 6位和位和低低8 8位數(shù)據(jù)的輸入及位數(shù)據(jù)的輸入及D/AD/A轉(zhuǎn)換的啟動，對轉(zhuǎn)換的啟動，對89C5189C51單片機就單片機就相當(dāng)于三個相當(dāng)于三個“只寫只寫”外部外部RAMRAM單元，可見接口設(shè)計是非單元，可見接口設(shè)計是非常簡單的。常簡單的。v AD7535AD7535高高6 6位寄存器位寄存器/CSMSB/CSMSB單元地址為單元地址為2000H2000H，低，低8 8位寄位寄存器存器/CSLSB/CSLSB單元地址為單元地址為4000H4000H，1414位數(shù)據(jù)的高位

37、數(shù)據(jù)的高6 6位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)放在放在89C5189C51單片機內(nèi)部單片機內(nèi)部RAMRAM的的20H20H單元的低單元的低6 6位，轉(zhuǎn)換數(shù)位，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低據(jù)的低8 8位放在位放在21H21H單元。單元。 第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.接口程序接口程序v AD7535AD7535的的D/AD/A轉(zhuǎn)換接口程序如下：轉(zhuǎn)換接口程序如下：DAC:DAC: MOV DPTR,#2000H MOV DPTR,#2000H；高；高6 6位數(shù)據(jù)輸入寄存器地址位數(shù)據(jù)輸入寄存器地址 MOVMOV A,20H A,20H；高；高6 6位數(shù)據(jù)送入輸入寄存器位數(shù)據(jù)送入輸入寄存器 MOVX DPTR,AMOVX

38、 DPTR,A MOV MOV DPTR,#4000H DPTR,#4000H ；低；低8 8位數(shù)據(jù)輸入寄存器地址位數(shù)據(jù)輸入寄存器地址 MOVMOV A,21H A,21H ；低；低8 8位數(shù)據(jù)送入輸入寄存器位數(shù)據(jù)送入輸入寄存器 MOVX DPTR,AMOVX DPTR,A MOV MOV DPTR,#6000H DPTR,#6000H ；啟動；啟動AD7535AD7535的的1414位位D/AD/A MOVX DPTR,A MOVX DPTR,A；轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.5.2 5.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器v5.2 5.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)

39、轉(zhuǎn)換器是將時間連續(xù)和幅值連續(xù)的模擬模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將時間連續(xù)和幅值連續(xù)的模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的輸入信號轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的N N位二進制數(shù)字輸出信號的電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換器位二進制數(shù)字輸出信號的電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCADC）一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編）一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼四個過程。在實際電路中，有些過程是合碼四個過程。在實際電路中，有些過程是合并進行的，如采樣和保持、量化和編碼在轉(zhuǎn)并進行的，如采樣和保持、量化和編碼在轉(zhuǎn)換過程中是同時實現(xiàn)的。換過程中是同時實現(xiàn)的。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.5.2.1 ADC5.2.1 ADC的分類的分類v5.

40、2.1 ADC5.2.1 ADC的分類的分類按工作原理不同，按工作原理不同，ADCADC可以分為直接型可以分為直接型ADCADC和間接型和間接型ADCADC。直接型。直接型ADCADC可直接將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可直接將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這類轉(zhuǎn)換器工作速度快。直接型這類轉(zhuǎn)換器工作速度快。直接型ADCADC主要有并行比主要有并行比較型較型/ /串行比較型串行比較型ADCADC、反饋比較型、反饋比較型ADCADC和逐次逼近和逐次逼近型型ADCADC。而間接型。而間接型ADCADC先將模擬信號轉(zhuǎn)換成中間量先將模擬信號轉(zhuǎn)換成中間量（如時間、頻率等），然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字（如時間、頻率等）

41、，然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換速度比較慢。間接型信號，轉(zhuǎn)換速度比較慢。間接型ADCADC主要有積分型主要有積分型ADCADC、-型型ADCADC和壓頻變換型和壓頻變換型ADCADC。下面是以上幾種下面是以上幾種ADCADC的基本原理及特點的簡要介紹。的基本原理及特點的簡要介紹。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.ADCADC的分類的分類v（1 1）積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器）積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器積分型積分型ADCADC是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間( (脈沖寬度信號脈沖寬度信號) )或頻率或頻率( (脈沖頻率脈沖頻率),),然后由定時器然后由定時器/ /計數(shù)器獲得數(shù)字計數(shù)器獲得

42、數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率, , 并且并且具有抑制高頻噪聲和固定的低頻干擾（如具有抑制高頻噪聲和固定的低頻干擾（如50Hz50Hz或或60Hz60Hz）的能力。積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器可用于噪聲惡劣）的能力。積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器可用于噪聲惡劣的工業(yè)環(huán)境以及對轉(zhuǎn)換速率要求不高的應(yīng)用（如熱的工業(yè)環(huán)境以及對轉(zhuǎn)換速率要求不高的應(yīng)用（如熱電偶輸出的量化等）。由于積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)電偶輸出的量化等）。由于積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間換精度依賴于積分時間, ,因此采樣速度和帶寬都非因此采樣速度和帶寬都非常低，但精度可以做得很高。常低，但精度可以做得很高

43、。積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器是應(yīng)用最為廣泛的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器是應(yīng)用最為廣泛的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這樣的器件如這樣的器件如IntersilIntersil公司的公司的ICL7106ICL7106、ICL7107ICL7107、ICL7109ICL7109、ICL7126ICL7126、ICL7135ICL7135；ADIADI公司的公司的AD7550AD7550、AD7552AD7552、AD7555AD7555；MotorolaMotorola的的MC14433MC14433等。等。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.ADCADC的分類的分類v （2 2）逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器）逐次逼近型模

44、數(shù)轉(zhuǎn)換器 逐次比較型逐次比較型ADCADC主要由一個比較器和主要由一個比較器和DACDAC通過逐次比較邏輯構(gòu)通過逐次比較邏輯構(gòu)成?？刂七壿嬰娐肥紫劝阎鸫伪平拇嫫鞯淖罡呶恢贸??？刂七壿嬰娐肥紫劝阎鸫伪平拇嫫鞯淖罡呶恢? 1，其它，其它位置位置0 0，這個數(shù)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到的電壓值與輸入信號進行比，這個數(shù)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到的電壓值與輸入信號進行比較。比較器的輸出反饋到逐次逼近寄存器，并在下一次比較較。比較器的輸出反饋到逐次逼近寄存器，并在下一次比較前對數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸入值進行修正。在邏輯控制電路的時鐘驅(qū)前對數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸入值進行修正。在邏輯控制電路的時鐘驅(qū)動下，不斷進行比較和移位操作，直到完成最低有效

45、位（動下，不斷進行比較和移位操作，直到完成最低有效位（LSBLSB）的轉(zhuǎn)換?？梢?，逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器在的轉(zhuǎn)換?？梢姡鸫伪平湍?shù)轉(zhuǎn)換器在1 1個時鐘周期內(nèi)只能個時鐘周期內(nèi)只能完成完成1 1位轉(zhuǎn)換，位轉(zhuǎn)換，N N位轉(zhuǎn)換需要位轉(zhuǎn)換需要N N個時鐘周期。個時鐘周期。 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是原理簡單，便于實現(xiàn)，功耗逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是原理簡單，便于實現(xiàn)，功耗低；缺點是采樣速率不高，輸入帶寬也較低。多用于中速率低；缺點是采樣速率不高，輸入帶寬也較低。多用于中速率而分辨率要求較高的場合。而分辨率要求較高的場合。 ADC0801ADC0801ADC0805ADC0805、AD574AAD5

46、74A、ADC140ADC140、ADC1131ADC1131、ADC803ADC803、ADC804ADC804等均是逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。等均是逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.ADCADC的分類的分類v （3 3）并行比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器）并行比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 并行比較型并行比較型ADCADC采用多個比較器采用多個比較器, ,僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換, ,速度極快，速度極快，又稱閃速型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模擬輸入信號被同時加到又稱閃速型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模擬輸入信號被同時加到2N-12N-1個鎖存比較個鎖存比較器。每個鎖存比較器的參考電壓由電阻網(wǎng)絡(luò)或電

47、容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的分壓器。每個鎖存比較器的參考電壓由電阻網(wǎng)絡(luò)或電容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的分壓器引出（輸入相鄰鎖存比較器的參考電壓相差一個最低有效位）。器引出（輸入相鄰鎖存比較器的參考電壓相差一個最低有效位）。模擬信號輸入時，參考電壓比模擬信號低的那些比較器均輸出高電模擬信號輸入時，參考電壓比模擬信號低的那些比較器均輸出高電平（邏輯平（邏輯1 1），反之輸出低電平（邏輯），反之輸出低電平（邏輯0 0）。這樣得到的數(shù)碼送入譯）。這樣得到的數(shù)碼送入譯碼邏輯電路，從而得到二進制數(shù)字輸出信號。碼邏輯電路，從而得到二進制數(shù)字輸出信號。 為減小轉(zhuǎn)換誤差，并行比較型為減小轉(zhuǎn)換誤差，并行比較型ADCADC內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)中的多數(shù)電

48、阻的值內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)中的多數(shù)電阻的值必須一致，但在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。目前并行比必須一致，但在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。目前并行比較型較型ADCADC大多采用電容網(wǎng)絡(luò)，用低廉成本制成高精度大多采用電容網(wǎng)絡(luò)，用低廉成本制成高精度ADCADC。 盡管閃爍型轉(zhuǎn)換器具有極快的速度（最高采樣速率達(dá)盡管閃爍型轉(zhuǎn)換器具有極快的速度（最高采樣速率達(dá)1GHz1GHz），但其），但其分辨率受限于管芯尺寸、過大的輸入電容以及數(shù)量巨大的比較器所分辨率受限于管芯尺寸、過大的輸入電容以及數(shù)量巨大的比較器所產(chǎn)生的功率消耗。結(jié)構(gòu)重復(fù)的并行比較器之間還要求精密地匹配，產(chǎn)生的功率消耗。結(jié)構(gòu)重復(fù)的并行比較器之

49、間還要求精密地匹配，因此任何失配都會造成靜態(tài)誤差，如使輸入失調(diào)電壓增大或輸入失因此任何失配都會造成靜態(tài)誤差，如使輸入失調(diào)電壓增大或輸入失調(diào)電流增大。調(diào)電流增大。 其優(yōu)點是轉(zhuǎn)換速率極高其優(yōu)點是轉(zhuǎn)換速率極高, , 適用于視頻適用于視頻ADCADC等速度特別高的領(lǐng)域。由于等速度特別高的領(lǐng)域。由于n n位的轉(zhuǎn)換需要位的轉(zhuǎn)換需要2n2n個比較器，因此電路規(guī)模較大，價格高。如個比較器，因此電路規(guī)模較大，價格高。如TLC5510TLC5510。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.ADCADC的分類的分類v（4 4）串行比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器）串行比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器串行比較型串行比較型ADCADC結(jié)構(gòu)上介于

50、并行型結(jié)構(gòu)上介于并行型ADCADC和逐次和逐次比較型比較型ADCADC之間，最典型的是由之間，最典型的是由2 2個個n/2n/2位的位的并行型并行型ADCADC配合配合DACDAC組成，用兩次比較實行轉(zhuǎn)組成，用兩次比較實行轉(zhuǎn)換，所以稱為半閃速型。還有分成三步或多換，所以稱為半閃速型。還有分成三步或多步實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的步實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADCADC，叫做分級型，叫做分級型ADCADC，而，而從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱為流水線型從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱為流水線型ADCADC，這，這類類ADCADC多數(shù)加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運多數(shù)加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運算而進行修正的功能。這類算而進行修正的功能。這類AD

51、CADC的速度比逐的速度比逐次逼進型次逼進型ADCADC快，但電路規(guī)模比并行比較型快，但電路規(guī)模比并行比較型ADCADC小。小。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.ADCADC的分類的分類v （5 5）-型模數(shù)轉(zhuǎn)換器型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 -模數(shù)轉(zhuǎn)換器又稱為過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器又稱為過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。-型型ADCADC由積由積分器、比較器、分器、比較器、1 1位位DACDAC和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間( (脈沖寬度脈沖寬度) )信號，用數(shù)字濾信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。窄帶信號送入波器

52、處理后得到數(shù)字值。窄帶信號送入-模數(shù)轉(zhuǎn)換器后被模數(shù)轉(zhuǎn)換器后被以非常低的分辨率（以非常低的分辨率（1 1位）進行量化，但采樣頻率卻非常高。位）進行量化，但采樣頻率卻非常高。經(jīng)過數(shù)字濾波處理后，這種過采樣被降低到一個比較低的采經(jīng)過數(shù)字濾波處理后，這種過采樣被降低到一個比較低的采樣率；同時模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率（即動態(tài)范圍）被提高到樣率；同時模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率（即動態(tài)范圍）被提高到1616位或更高。位或更高。 -模數(shù)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是低價格、高性能（高分辨率），缺模數(shù)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是低價格、高性能（高分辨率），缺點是采樣速率較低，輸入帶寬比較窄。點是采樣速率較低，輸入帶寬比較窄。-模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要

53、用于高精度數(shù)據(jù)采集，特別是數(shù)字音響系統(tǒng)、多媒體、地震用于高精度數(shù)據(jù)采集，特別是數(shù)字音響系統(tǒng)、多媒體、地震勘探儀器、聲納等電子測量領(lǐng)域。如勘探儀器、聲納等電子測量領(lǐng)域。如AD7715AD7715。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.ADCADC的分類的分類v（6 6）壓頻變換型模數(shù)轉(zhuǎn)換器）壓頻變換型模數(shù)轉(zhuǎn)換器壓頻變換型壓頻變換型ADCADC是通過間接轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)模是通過間接轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。首先將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成頻數(shù)轉(zhuǎn)換的。首先將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從率，然后用計數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講只要采樣的時間能夠滿足輸出分辨理論上講只要

54、采樣的時間能夠滿足輸出分辨率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度，壓頻變換型率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度，壓頻變換型ADC ADC 的分辨率幾乎可以無限增加。的分辨率幾乎可以無限增加。壓頻變換型的優(yōu)點是分辯率高、功耗低、價壓頻變換型的優(yōu)點是分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成模數(shù)格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。如轉(zhuǎn)換。如AD650AD650。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.ADCADC的分類的分類v （7 7）流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器）流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器 模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用多個低精度的閃爍型模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣信號進模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用多個低精度的閃爍型模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣信號進行分級量化，然后

55、將各級的量化結(jié)果組合起來，構(gòu)成一個高行分級量化，然后將各級的量化結(jié)果組合起來，構(gòu)成一個高精度的量化輸出。每一級由采樣精度的量化輸出。每一級由采樣/ /保持電路、低分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)保持電路、低分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及求和電路構(gòu)成。換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及求和電路構(gòu)成。 流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中各級電路分別有自己的跟蹤流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器中各級電路分別有自己的跟蹤/ /保持電路，保持電路，因此，當(dāng)信號傳遞給次級電路后本級電路的跟蹤因此，當(dāng)信號傳遞給次級電路后本級電路的跟蹤/ /保持器就可保持器就可釋放出來處理下一次采樣。允許流水線各級同時對多個采樣釋放出來處理下一次采樣。允許流水線各級同時對多個采樣進行處理

56、。這樣就提高了整個電路的吞吐能力，一次采樣可進行處理。這樣就提高了整個電路的吞吐能力，一次采樣可在一個時鐘周期內(nèi)完成。在一個時鐘周期內(nèi)完成。 流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是高速、高分辨率、低功耗、小尺流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是高速、高分辨率、低功耗、小尺寸。缺點是輸入信號必須穿過數(shù)級電路，有流水延遲；與其寸。缺點是輸入信號必須穿過數(shù)級電路，有流水延遲；與其它轉(zhuǎn)換技術(shù)相比，對外部元器件要求高、印制板布線更敏感。它轉(zhuǎn)換技術(shù)相比，對外部元器件要求高、印制板布線更敏感。流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要用于瞬態(tài)信號處理、快速波形存儲與流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要用于瞬態(tài)信號處理、快速波形存儲與記錄、高速數(shù)據(jù)采集、視頻信號量化及高速

57、數(shù)字通訊技術(shù)等記錄、高速數(shù)據(jù)采集、視頻信號量化及高速數(shù)字通訊技術(shù)等領(lǐng)域。領(lǐng)域。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.ADCADC的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)v5.2.2 ADC5.2.2 ADC的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)（1 1）轉(zhuǎn)換精度）轉(zhuǎn)換精度（2 2）轉(zhuǎn)換速率）轉(zhuǎn)換速率（3 3）量化誤差）量化誤差（4 4）孔徑延遲時間）孔徑延遲時間（5 5）抗干擾能力）抗干擾能力第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.ADCADC的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)v（1 1）轉(zhuǎn)換精度）轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度主要由分辯率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。其中以轉(zhuǎn)換精度主要由分辯率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。其中以分辨率為決定因

58、素。分辨率為決定因素。分辯率是指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變分辯率是指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量。定義為輸入電壓的最大值與化量。定義為輸入電壓的最大值與2n2n的比值。如輸?shù)谋戎?。如輸入?shù)字位數(shù)入數(shù)字位數(shù)n n8bit8bit，輸入電壓，輸入電壓ViVREFViVREF5V5V，則，則分辨率為。分辨率為。轉(zhuǎn)換誤差是指實際輸出數(shù)字量與理想值之間的相對轉(zhuǎn)換誤差是指實際輸出數(shù)字量與理想值之間的相對誤差，常以最低有效位（誤差，常以最低有效位（LSBLSB）的倍數(shù)來表示。如）的倍數(shù)來表示。如轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差，則表明實際輸出的數(shù)字量與理論值之，則表明實際輸出的數(shù)字量與理論值之間的相對誤差

59、小于最低位的一半。器件手冊中的給間的相對誤差小于最低位的一半。器件手冊中的給出的轉(zhuǎn)換誤差是有條件要求的，若環(huán)境溫度和電源出的轉(zhuǎn)換誤差是有條件要求的，若環(huán)境溫度和電源情況惡劣，轉(zhuǎn)換誤差將明顯增大。情況惡劣，轉(zhuǎn)換誤差將明顯增大。第第5 5章章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換.ADCADC的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)v（2 2）轉(zhuǎn)換速率）轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率是指完成一次從模擬信號輸入到獲得穩(wěn)定轉(zhuǎn)換速率是指完成一次從模擬信號輸入到獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號所需的時間的倒數(shù)。積分型的數(shù)字信號所需的時間的倒數(shù)。積分型ADCADC的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級，屬低速時間是毫秒級，屬低速ADCADC；逐次比較型；逐次比較型AD

60、CADC是微秒是微秒級，屬中速級，屬中速ADCADC；并行比較；并行比較/ /串行比較型串行比較型ADCADC可達(dá)到可達(dá)到納秒級。納秒級。有人將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率，其實二有人將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率，其實二者有一定的區(qū)別。采樣速率是指兩次模數(shù)轉(zhuǎn)換的間者有一定的區(qū)別。采樣速率是指兩次模數(shù)轉(zhuǎn)換的間隔時間的倒數(shù)。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速隔時間的倒數(shù)。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。采樣速率常用單位是率必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。采樣速率常用單位是KspsKsps和和Msps,Msps,分別表示每秒采樣數(shù)千次和數(shù)百萬次。分別表示每秒采樣數(shù)千次和數(shù)百萬次。第