《醫(yī)學(xué)電子學(xué)第十章》ppt課件

1、第十章第十章 A/D和和D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器10.110.1、D/AD/A轉(zhuǎn)換器的分類及原理轉(zhuǎn)換器的分類及原理Digital-to-analog converterDigital-to-analog converter10.210.2、A/DA/D轉(zhuǎn)換器的分類及原理轉(zhuǎn)換器的分類及原理Analog-to-digital converterAnalog-to-digital converter一、一、D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器換器1.電壓輸出型電壓輸出型2.電流輸出型電流輸出型TLC5620DAC1220DAC2902AD5390AD9763輸出類型輸出類型德州儀器德州儀器tiADI公司公司analogTLC公

2、司公司linear10.1Digital-to-analog converter二二.D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換位數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)8位位10位位12位位14位位16位位17位位20位位18位位DAC5571DAC5574DAC5652DAC2904DAC1221DAC1220AD7224AD5315AD7390AD7840AD9779AD7111AD5680ADI公司公司analog德州儀器德州儀器ti任務(wù)原理任務(wù)原理1.電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2.倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器任務(wù)方式任務(wù)方式1.串口串口D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2.并口并口D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器三三.D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器四

3、四.D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器是將不同位數(shù)的二進(jìn)制的數(shù)字量轉(zhuǎn)是將不同位數(shù)的二進(jìn)制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。換為模擬信號(hào)輸出。0 1 1 1 1 0 1 1D/A轉(zhuǎn)換過程是按照不同的權(quán)，轉(zhuǎn)換不同大小的轉(zhuǎn)換過程是按照不同的權(quán)，轉(zhuǎn)換不同大小的0 1 1 1 1 0 1 1電壓或電流。電壓或電流。例如：例如：1一個(gè)一個(gè)U二個(gè)二個(gè)U四個(gè)四個(gè)U第第n位，那么位，那么權(quán)為權(quán)為2n個(gè)個(gè)U1.電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2I1I0I3IIRUIIIIIR16153210RUIR160RUIR81RUIR42RUIR23ROUU1615d0d1d2d3URs0s1s2s32R4R8R16RRA+

4、-U-U+Uo1.電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2I1I0I3II03210IIIII00I01I02I03I0OUd0d1d2d3URs0s1s2s32R4R8R16RRA+-U-U+Uo1.電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2I1I0I3IIRUIIIII16133210ROUU1613d0d1d2d3URs1s0s2s32R4R8R16RRA+-U-U+UoRUIR16001IRUIR42RUIR232.2.倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器RA+U-UOU2RR2RR2RR2R2RRUI2I8I4I16I2I1I0I3IROUU1615IIIIIII161532

5、10IIs0s1s2s3d0d1d2 d32.2.倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器RA+U-UOU2RR2RR2RR2R2RRUI2I8I4I16I2I1I0I3I0OU003210IIIIIIIs0s1s2s3d0d1d2 d32.2.倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器RA+U-UOU2RR2RR2RR2R2RRUI2I8I4I16I2I1I0I3IROUU1611IIIIIII16113210IIs2s0s1s3d0d1d2 d3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)目的轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)目的D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的換器的主要技主要技術(shù)目的術(shù)目的分辨率分辨率轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差

6、轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間電源抑制比電源抑制比指最小輸出電壓與最大輸出電壓值比指最小輸出電壓與最大輸出電壓值比指實(shí)踐的指實(shí)踐的D/A轉(zhuǎn)換特性與理想轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換特性與理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大誤差。特性之間的最大誤差。指從輸入數(shù)據(jù)信號(hào)到輸出穩(wěn)定的模指從輸入數(shù)據(jù)信號(hào)到輸出穩(wěn)定的模擬電壓或電流所需的時(shí)間。擬電壓或電流所需的時(shí)間。指輸出電壓的變化與相對(duì)的電源電指輸出電壓的變化與相對(duì)的電源電壓變化之比。壓變化之比。更新率或取樣率更新率或取樣率指每秒鐘給指每秒鐘給D/A轉(zhuǎn)換輸入數(shù)組的次數(shù)。轉(zhuǎn)換輸入數(shù)組的次數(shù)。集成集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要引腳轉(zhuǎn)換器的主要引腳集成集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的主要的主要引腳引腳數(shù)字端口數(shù)字

7、端口模擬端口模擬端口控制端口控制端口電源端口電源端口指輸出電壓或電流大小的指輸出電壓或電流大小的輸出端口輸出端口指輸入數(shù)據(jù)的引腳端口，引指輸入數(shù)據(jù)的引腳端口，引腳多少由位數(shù)及方式?jīng)Q議腳多少由位數(shù)及方式?jīng)Q議指控制芯片完成指控制芯片完成D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換功能的引腳，主要有：功能的引腳，主要有：CS、WR、REF、CLOCK等等指供應(yīng)芯片能量的端口，分指供應(yīng)芯片能量的端口，分?jǐn)?shù)字端口和模擬端口數(shù)字端口和模擬端口AVDD，DVDD，DGND和和AGND隨著芯片的智能化，方便運(yùn)用者隨著芯片的智能化，方便運(yùn)用者的調(diào)理與校準(zhǔn)，出現(xiàn)了調(diào)整端口的調(diào)理與校準(zhǔn)，出現(xiàn)了調(diào)整端口幾個(gè)常見的幾個(gè)常見的D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)例轉(zhuǎn)換器實(shí)

8、例數(shù)字端口數(shù)字端口模擬端口模擬端口控制端口控制端口電源端口電源端口AD530112348765A0A1VoutVDDGND_PDSDASCLSDA幾個(gè)常見的幾個(gè)常見的D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)例轉(zhuǎn)換器實(shí)例數(shù)字端口與控制端口數(shù)字端口與控制端口時(shí)序關(guān)系時(shí)序關(guān)系A(chǔ)D530112348765A0A1VoutVDDGND_PDSDASCLSDASCLSDA有效有效有效有效有效有效無效無效無效無效PD此時(shí)，此時(shí)，Vout有轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)輸有轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)輸出。出。幾個(gè)常見的幾個(gè)常見的D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)例轉(zhuǎn)換器實(shí)例數(shù)字端口數(shù)字端口模擬端口模擬端口控制端口控制端口電源端口電源端口調(diào)整端口調(diào)整端口1AD5445234567891011

9、121314151617181920Iout1Iout2GNDVDDDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB0(LSB)DB1DB2DB3DB4_CS_/WRRFBVREF幾個(gè)常見的幾個(gè)常見的D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)例轉(zhuǎn)換器實(shí)例數(shù)字端口與控制端數(shù)字端口與控制端口之間的關(guān)系?？谥g的關(guān)系。1AD5445234567891011121314151617181920Iout1Iout2GNDVDDDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB0DB1DB2DB3DB4_CS_/RWRFBVREFdata_/WR_CS有效有效無效無效無效無效無效無效D/A轉(zhuǎn)換器的新開展轉(zhuǎn)換器的新開展數(shù)據(jù)存表數(shù)據(jù)存

10、表數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出信號(hào)輸出MCU控制，軟件實(shí)現(xiàn)控制，軟件實(shí)現(xiàn)限制了轉(zhuǎn)換速度限制了轉(zhuǎn)換速度硬件存表，軟件選擇實(shí)現(xiàn)硬件存表，軟件選擇實(shí)現(xiàn)DDS提高速度提高速度Direct Digital Synthsis集成集成D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式轉(zhuǎn)換器的輸出方式集成集成D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的輸出方式輸出方式1.單極性輸出方式單極性輸出方式2.雙極性輸出方式雙極性輸出方式指輸入的數(shù)字量為最小到最大指輸入的數(shù)字量為最小到最大時(shí)輸出電壓全為正或全為負(fù)。時(shí)輸出電壓全為正或全為負(fù)。指輸入的數(shù)字量為最小到最大指輸入的數(shù)字量為最小到最大時(shí)輸出電壓部分為正部分為負(fù)。時(shí)輸出電壓部分為正部

11、分為負(fù)。集成D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式3.軌到軌輸出方式軌到軌輸出方式指輸入的數(shù)字量為最小到最大指輸入的數(shù)字量為最小到最大時(shí)輸出電壓幾乎到達(dá)極值，偏時(shí)輸出電壓幾乎到達(dá)極值，偏向只需向只需0.05v左右。左右。集成集成D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的輸出方式輸出方式1.單極性輸出方式2.雙極性輸出方式指輸入的數(shù)字量為最小到最大時(shí)輸出電壓全為正或全為負(fù)。指輸入的數(shù)字量為最小到最大時(shí)輸出電壓部分為正部分為負(fù)。輸出電壓的最大值與最小值總是達(dá)不到供應(yīng)輸出電壓的最大值與最小值總是達(dá)不到供應(yīng)電壓極值，存在大約電壓極值，存在大約0.7v偏向。電壓偏向偏向。電壓偏向到達(dá)到達(dá)0.7V。7 . 0, 7 . 0minmaxGND

12、UVUoCCoD/A轉(zhuǎn)換器的小結(jié)集成集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.輸出類型輸出類型2.轉(zhuǎn)換位數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)3.轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理4.轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換方式5.輸出方式輸出方式A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的分類器的分類8位位輸出位數(shù)輸出位數(shù)10位位12位位14位位16位位18位位20位位22位位24位位ADS7827ADS5203ADS2806ADS5423ADS1208ADS8381ADS1250ADS1212ADS1216AD7819AD7997AD7476AD7946AD7660AD7674AD7703AD7716AD776010.2Analog-to-digital converterA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的分類器的分類

13、1、積分型、積分型是將輸入電壓轉(zhuǎn)換位時(shí)間或頻率，是將輸入電壓轉(zhuǎn)換位時(shí)間或頻率，然后由定時(shí)器然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。任務(wù)原理任務(wù)原理優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，獲得的數(shù)據(jù)分辨率高。缺陷：轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時(shí)間，轉(zhuǎn)換速度低。積分型種添加一級(jí)積分，變?yōu)殡p積分型。具積分型種添加一級(jí)積分，變?yōu)殡p積分型。具有精度高，抗干擾才干強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。有精度高，抗干擾才干強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。TLC7A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的換器的分類分類2.逐次逼近型逐次逼近型3、并行比較型、并行比較型有一個(gè)比較器和有一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過逐次轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過逐次比較邏輯構(gòu)成，從比較邏輯構(gòu)成，從MSB開場(chǎng)順序?qū)旈_場(chǎng)順序?qū)斎氲哪M信號(hào)減去

14、轉(zhuǎn)換的數(shù)字量逐次入的模擬信號(hào)減去轉(zhuǎn)換的數(shù)字量逐次比較。比較。采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，該方法又稱為轉(zhuǎn)換，該方法又稱為Flash型。型。任務(wù)原理任務(wù)原理第一位數(shù)字減去第一位數(shù)字第二位數(shù)字TLC0831TLC55104.-調(diào)制型調(diào)制型5.電容陣列逐次比較型電容陣列逐次比較型- 型型ADC以很低的采樣分辨率和很高的以很低的采樣分辨率和很高的采樣速度將模擬信號(hào)數(shù)字化，并經(jīng)過運(yùn)用過采樣速度將模擬信號(hào)數(shù)字化，并經(jīng)過運(yùn)用過采樣噪聲整型和數(shù)字濾波等方法添加有效分采樣噪聲整型和數(shù)字濾波等方法添加有效分辨率。辨率。電容陣列逐次比較型電容陣列逐次比較型AD,在內(nèi)置在內(nèi)

15、置DA轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化器中采用電容矩陣方式采用電容矩陣方式.也可稱為電荷再分配型。也可稱為電荷再分配型。AD7701AD7533AD7762和和D7763 AD77606、壓頻變換型、壓頻變換型是經(jīng)過間接轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。是經(jīng)過間接轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的分類器的分類1.串行數(shù)據(jù)輸出串行數(shù)據(jù)輸出2.并行數(shù)據(jù)輸出并行數(shù)據(jù)輸出輸出數(shù)輸出數(shù)據(jù)方式據(jù)方式3.串行串行-并行選用方式并行選用方式4.串行串行-并行合用方式并行合用方式 AD9289AD9288-100AD7914AD7760A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的換器的主要技主要技術(shù)目的術(shù)目的1.分辨率分辨率2.轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差3.轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換

16、時(shí)間4.取樣率取樣率以轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)為分辨率。以轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)為分辨率。指實(shí)踐輸出的數(shù)字量與實(shí)際上的輸指實(shí)踐輸出的數(shù)字量與實(shí)際上的輸出數(shù)字量之間的差別。出數(shù)字量之間的差別。指從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來開場(chǎng)，到輸出指從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來開場(chǎng)，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所需求的時(shí)間。端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所需求的時(shí)間。指每秒鐘進(jìn)展模數(shù)轉(zhuǎn)換的次數(shù)。指每秒鐘進(jìn)展模數(shù)轉(zhuǎn)換的次數(shù)。5.電壓制制電壓制制指輸入的模擬電壓不變時(shí)，由于電壓的動(dòng)搖指輸入的模擬電壓不變時(shí)，由于電壓的動(dòng)搖引起的輸出數(shù)字量的絕對(duì)變化值。引起的輸出數(shù)字量的絕對(duì)變化值。A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的換器的端口端口1.模擬輸入端口模擬輸入端口2.數(shù)字端口數(shù)

17、字端口3.控制端口控制端口4.形狀端口形狀端口待轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的進(jìn)入端口。待轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的進(jìn)入端口。將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的信號(hào)端口。識(shí)別的信號(hào)端口。決議模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)輸決議模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)輸出的端口。出的端口。表示形狀的端口。表示形狀的端口。5.能量端口能量端口保證芯片在適宜條件下能正常任保證芯片在適宜條件下能正常任務(wù)的端口。務(wù)的端口。常見的常見的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器模擬輸入端口模擬輸入端口數(shù)字端口數(shù)字端口控制端口控制端口形狀端口形狀端口能量端口能量端口AD781912345678161514131211109VREFVINVDDGNDBUSYDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0_CNVST_CS_RD參考端口參考端口常見的常見的A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)序轉(zhuǎn)換器時(shí)序AD781912345678161514131211109VREFVINVDDGNDBUSYDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0_CNVST_CS_RD_CNVST_CS_RDBUSY3.90v1