10數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1、百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我I2n1VREF(dn-12n-1dn-22n-22nd121d20)U0VREF(dn 12n 1dn 22nd121d020)10 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器在數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用中，通常要將一些被測(cè)量的物理量通過(guò)傳感器送到數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行加工 處理；經(jīng)過(guò)處理獲得的輸出數(shù)據(jù)又要送回物理系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)物理量進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。傳感器輸出的模擬電信號(hào)首先要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字系統(tǒng)才能對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理。這種模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換稱為模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換。處理后獲得的數(shù)字量有時(shí)又需轉(zhuǎn)換成模擬量，這種轉(zhuǎn) 換稱為數(shù)-模(D/A)變換。A/D 轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)稱為 ADC 和 D/A 轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)稱為 DAC

2、 是數(shù)字系統(tǒng)和 模擬系統(tǒng)的接口電路。一、D/A 轉(zhuǎn)換器D/A 轉(zhuǎn)換器一般由變換網(wǎng)絡(luò)和模擬電子開(kāi)關(guān)組成。輸入n 位數(shù)字量 D (=Dn-iDiDo)分別控制這些電子開(kāi)關(guān)， 通過(guò)變換網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生與數(shù)字量各位權(quán)對(duì)應(yīng)的模擬量，通過(guò)加法電路輸出與數(shù)字量成比例的模擬量。1、倒 T 型電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器倒 T 型電阻解碼 D/A 轉(zhuǎn)換器是目前使用最為廣泛的一種形式，其電路結(jié)構(gòu)如圖10.1.1 所示。當(dāng)輸入數(shù)字信號(hào)的任何一位是“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)便將 2R 電阻接到運(yùn)放反相輸入端，而當(dāng)其為“ 0”時(shí)，則將電阻 2R 接地。由圖 7.2 可知，按照虛短、虛斷的近似計(jì)算方法，求 和放大器反相輸入端的電位為虛地，所

3、以無(wú)論開(kāi)關(guān)合到那一邊，都相當(dāng)于接到了“地”電位 上。在圖示開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，從最左側(cè)將電阻折算到最右側(cè)，先是2R/2R 并聯(lián)，電阻值為 R,再和 R 串聯(lián)，又是 2R, 一直折算到最右側(cè)，電阻仍為R,則可寫出電流 I 的表達(dá)式為IVREFR只要VREF選定，電流 I 為常數(shù)。流過(guò)每個(gè)支路的電流從右向左，分別為、2、3、。212223當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)為“ 1”時(shí)，電流流向運(yùn)放的反相輸入端，當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)為“0”時(shí)，電流流向地，可寫出I的表達(dá)式12dn1：dn 2在求和放大器的反饋電阻等于R 的條件下，輸出模擬電壓為UoRI訊知1知2d12nd0)百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我22、權(quán)電流型 D/A

4、 轉(zhuǎn)換器倒 T 型電阻變換網(wǎng)絡(luò)雖然只有兩個(gè)電阻值，有利于提高轉(zhuǎn)換精度，但電子開(kāi)關(guān)並非理 想器件，模擬開(kāi)關(guān)的壓降以及各開(kāi)關(guān)參數(shù)的不一致都會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差。采用恒流源權(quán)電流能克服這些缺陷，集成 D/A 轉(zhuǎn)換器一般采用這種變換方式。圖 10.1.2 給出了四位權(quán)電流型 D/A轉(zhuǎn)換器的示意圖。高位電流是低位電流的倍數(shù)，即各二進(jìn)制位所對(duì)應(yīng)的電流為其權(quán)乘最低位電流。圖 10.1.2 權(quán)電流 D/A 轉(zhuǎn)換器3、D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出方式D/A 轉(zhuǎn)換器大部份是數(shù)字電流轉(zhuǎn)換器，實(shí)用中通常需增加輸出電路，實(shí)現(xiàn)電流電壓變換。在變換網(wǎng)絡(luò)中，電流是單方向的，即在0 和正滿度值或負(fù)滿度值之間變化，是單極性的。為了能使輸出在正

5、負(fù)滿度值之間變化，也即雙極性輸出方式，也需要增加輸出電路。在單極性輸出方式時(shí)， 數(shù)字量采用自然二進(jìn)制碼表示大小，輸出電路只要完成電流T電壓的變換即可。雙極性輸出方式時(shí)，數(shù)字量是雙極性數(shù)。二進(jìn)制雙極性數(shù)字的負(fù)數(shù)可采用：2 的補(bǔ)碼、偏移二進(jìn)制碼或符號(hào)數(shù)值碼（符號(hào)位加數(shù)值碼）。表 10.1.1 列出了部分四位雙極性二進(jìn)制碼。表 10.1.1 部分四位雙極性二進(jìn)制碼十進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼偏移碼符號(hào)數(shù)值碼1十進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼偏移碼符號(hào)數(shù)值碼0000010000000-11111011110011000110010001-21110011010102001010100010-31101010110113001110110

6、011-41100010011004010011000100-51011001111015010111010101-61010001011106011011100110-71001000111117011111110111-810000000注：符號(hào)數(shù)值碼頭 1000 表示（-0）由表 10.1.1 可見(jiàn)，偏移二進(jìn)制碼是在自然二進(jìn)制碼的基礎(chǔ)上偏移而成的，四位偏移二進(jìn)制碼的偏移量為 1000 （8H）。因此，按自然二進(jìn)制碼進(jìn)行 D/A 變換后，只要將輸出模擬量 也進(jìn)行相應(yīng)偏移（減去 1000 對(duì)應(yīng)的模擬值）即可獲雙極性輸出。數(shù)字量以 2 的補(bǔ)碼表示時(shí)，需先將 2 的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換成偏移二進(jìn)制碼（2 的

7、補(bǔ)碼加 1000）,然后送 D/A 轉(zhuǎn)換器，可得雙極性 輸出。4、D/A 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）轉(zhuǎn)換精度D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差描述。分辨率vo百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我3分辨率是用以說(shuō)明 D/A 轉(zhuǎn)換器在理論上可達(dá)到的精度。用于表征D/A 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入微VREF上式說(shuō)明，輸入數(shù)字代碼的位數(shù) n 越多，分辨率越小，分辨能力越高，例如,DA 轉(zhuǎn)換器的分辨率為10.0009781023轉(zhuǎn)換誤差是用以說(shuō)明 D/A 轉(zhuǎn)換器實(shí)際上能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換誤差可用輸出電壓滿度值的百1分?jǐn)?shù)表示，也可用LSB 的倍數(shù)表示。例如，轉(zhuǎn)換誤差為丄 LSB，用以表示輸出模擬電壓的2絕對(duì)誤差等于

8、當(dāng)輸入數(shù)字量的LSB 為 1,其余各位均為 0 時(shí)輸出模擬電壓的二分之一。轉(zhuǎn)換誤差又分靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差。產(chǎn)生靜態(tài)誤差的原因有，基準(zhǔn)電源VREF的不穩(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)阻和壓降以及電阻網(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，它是由于電路中的分布參數(shù)的影響，使各位的電壓信號(hào)到達(dá)解碼網(wǎng)絡(luò)輸出端的時(shí)間不同所致。(2)轉(zhuǎn)換速度建立時(shí)間 tset它是在輸入數(shù)字量各位由全 0 變?yōu)槿?1,或由全 1 變?yōu)槿?0，輸出電壓達(dá)到某一規(guī)定值(例如最小值取 丄 LSB 或滿度值的 0.01%)所需要的時(shí)間。目前，在內(nèi)部只含有解碼網(wǎng)絡(luò)和2模擬開(kāi)關(guān)的單片集成 DA 轉(zhuǎn)換器

9、中，tsetw0.1 S；在內(nèi)部還包含有基準(zhǔn)電源和求和運(yùn)算放大 器的集成DA 轉(zhuǎn)換器中，最短的建立時(shí)間在1.5 s 左右。轉(zhuǎn)換速率SR它是在大信號(hào)工作時(shí)，即輸入數(shù)字量的各位由全0 變?yōu)槿?1，或由全 1 變?yōu)?0 時(shí)，輸出電壓 Uo的變化率。這個(gè)參數(shù)與運(yùn)算放大器的壓擺率類似。(3 )溫度系數(shù)5、集成 D/A 轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用單片集成 D/A 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品種類繁多，按其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)一般可分為兩類：一類集成芯 片內(nèi)部只集成了轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)和模擬電子開(kāi)關(guān)；另一類則集成了組成D/A 轉(zhuǎn)換器的所有電路。AD7520 十位 D/A 轉(zhuǎn)換器屬于前一類集成D/A 轉(zhuǎn)換器。AD7520 芯片內(nèi)部只含 R-2R 電阻網(wǎng)絡(luò)、

10、CMOS 電子開(kāi)關(guān)和反饋電阻(Rf=10kQ)。應(yīng)用AD7520 時(shí)必須外接參考電源和運(yùn)算放大器。由 AD7520 內(nèi)部反饋電阻組成的 D/A 轉(zhuǎn)換器如圖 10.1.3 所示，虛框中是 AD7520 內(nèi)部電路。小量變化的敏感程度，顯然輸入數(shù)字量位數(shù)越多，高。所以實(shí)際應(yīng)用中，往往用輸入數(shù)字量的位數(shù)表示 器的分辨率也定義為電路所能分辨的最小輸出電壓輸出電壓可分離的等級(jí)越多，即分辨率越DA 轉(zhuǎn)換器的分辨率。此外，D/A 轉(zhuǎn)換ULSB與最大輸出電壓 Um之比來(lái)表示，即分辨率ULSBUmVREF2n(2n1)5G7520 十位百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我4圖 10.1.3AD7520 內(nèi)部電路及組成

11、的 D/A 轉(zhuǎn)換器百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我5應(yīng)用：數(shù)字式可編程增益控制電路圖 10.1.4 數(shù)字式可控增益運(yùn)算放大器二、A/D 轉(zhuǎn)換器將時(shí)間連續(xù)和幅值連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字量，A/D 轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過(guò)采樣、保持、量化及編碼4 個(gè)過(guò)程。在實(shí)際電路中，有些過(guò)程是合并進(jìn)行的，如采樣和保持，量化和編碼在轉(zhuǎn)換過(guò)程中是同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。1、采樣和保持采樣是將時(shí)間連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的模擬量，即獲得某此時(shí)間點(diǎn)(離散時(shí)間)的模擬量值。因?yàn)?，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)輸入值需要保持穩(wěn)定，因此，必須有保持電路維持采樣所得的模擬值。采樣和保持通常是通過(guò)采樣-保持電路同

12、時(shí)完成的。為使采樣后的信號(hào)能夠還原模擬信號(hào)，根據(jù)取樣定理，采樣頻率fs必須大于或等于 2倍輸入模擬信號(hào)的最高頻率flmax，fs2flmax即兩次采樣時(shí)間間隔不能大于1/ fs,否則將失去模擬輸入的某些特征。圖 10.1.5 給出了采樣-保持電路的原理圖和經(jīng)采樣、保持后的輸出波形。圖中采樣電子 開(kāi)關(guān) S 受采樣信號(hào) S(t)控制，定時(shí)地合上 S,對(duì)保持電容CH充放電。因 A1、A2接成電壓跟 隨器，此時(shí) vo=vi。S打開(kāi)時(shí)，保持電容CH因無(wú)放電回路保持釆樣所獲得的輸入電壓，輸出 電壓亦保持不變。圖 10.1.5 采樣-保持電路及輸入輸出波形2、量化與編碼數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的，而且在幅

13、值上也是不連續(xù)的。任何一個(gè)數(shù)字量只能是某個(gè)最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。為將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中還必須把采樣-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。這一過(guò)程稱為數(shù)值量化，簡(jiǎn)稱量化。百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我6量化過(guò)程中的最小數(shù)值單位稱為量化單位，用表示。它是數(shù)字信號(hào)最低位為1 其它位為 0 時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量，即1LSB。量化過(guò)程中，采樣電壓不一定能被整除，因此量化后必然存在誤差。這種量化前后的不等(誤差)稱之為量化誤差，用&表示。量化誤差是原理性誤差，只能用較多的二進(jìn)制位 縮小量化誤差。量化的近似方式有：只舍不入和四舍五入兩種。只舍不入量化方式量化后的電平總

14、是小于或等乎量化前的電平，即量化誤差&始終大于0,最大量化誤差為，即max=1LSB。采用四舍五入量化方式時(shí)，量化誤差有正有負(fù)，最大量化誤差為12，即lmaxI=LSB/2。顯然，后者量化誤差小，故為大多數(shù)A/D 轉(zhuǎn)換器所采用。量化后的電平值為量化單位的整數(shù)倍，這個(gè)整數(shù)用二進(jìn)制數(shù)表示即為編碼。量化和編碼也是同時(shí)進(jìn)行的。3、A/D 轉(zhuǎn)換器的種類按工作原理不同，A/D 轉(zhuǎn)換器可以分為：直接型 A/D 轉(zhuǎn)換器和間接型 A/D 轉(zhuǎn)換器。直 接型 A/D轉(zhuǎn)換器可直接將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這類轉(zhuǎn)換器工作速度快。并行比較型 和逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器屬于這一類。而間接型 A/D 轉(zhuǎn)換器先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換

15、成中間量(如時(shí)間、頻率等)，然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換速度比較慢。雙積分型A/D 轉(zhuǎn)換器則屬于間接型 A/D 轉(zhuǎn)換器。(1) 并行比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器圖 7.7 三位并行 A/D 轉(zhuǎn)換器3 位并行比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器原理電路如圖 10.1.5 所示。它由電阻分壓器、電壓比較器、寄存器及編碼器組成。 圖中的八個(gè)電阻將參考電壓VREF 分成八個(gè)等級(jí)，其中七個(gè)等級(jí)的電壓分別作為七個(gè)比較器 C1C7 的參考電壓，其數(shù)值分別為 VREF/15、 3VREF/15、13VREF/15。輸入電壓為 uI，它的大小決定各比較器的輸出狀態(tài)，例如，當(dāng)0UIVREF百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我7 u

16、Iv(VREF/15 )時(shí)，C1C7 的輸出狀態(tài)都為 0;當(dāng)(3VREF/15 ) uIv(5VREF/15 ) 時(shí)，比較器 C1和 C2 的輸出 C01=C02=1,其余各比較器輸出狀態(tài)都為 0。根據(jù)各比較器的參考電壓值，可以確定輸入模擬電壓值與各比較器輸出狀態(tài)的關(guān)系。比較器的輸出狀態(tài)由D觸發(fā)器存儲(chǔ)，CP 作用后，觸發(fā)器的輸出狀態(tài) Q7 Q1 與對(duì)應(yīng)的比較器的輸出狀態(tài) C07 C01 相同。經(jīng)代碼轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)（優(yōu)先編碼器）輸出數(shù)字量 D2D1D0。優(yōu)先編碼器優(yōu)先級(jí)別最高是 Q7， 最低是 Q1。設(shè) uI 變化范圍是 OVREF，輸出 3 位數(shù)字量為 D2、D1、D0，3 位并行比較型 A/D 轉(zhuǎn)

17、換 器的輸入、輸出關(guān)系如表 10.1.2 所示。通過(guò)觀察此表，可確定代碼轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)輸出、輸入之間 的邏輯關(guān)系D2=Q4Di=Q6Q4Q2DoQ7QeQsQ4Q3Q2Q1在并行 AD 轉(zhuǎn)換器中，輸入電壓 uI 同時(shí)加到所有比較器的輸出端，從 ul 加入經(jīng)比較器、D 觸發(fā)器和編碼器的延遲后，可得到穩(wěn)定的輸出。 如不考慮上述器件的延遲，可認(rèn)為輸出的數(shù)字量是與 ul 輸入時(shí)刻同時(shí)獲得的。并行 A/D 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換時(shí)間短，可小到幾十納 秒，但所用的元器件較多，如一個(gè)n 位轉(zhuǎn)換器，所用的比較器的個(gè)數(shù)為2n1個(gè)。表 10.1.2 并行比較型 AD 轉(zhuǎn)換器的輸入輸出關(guān)系模擬量輸出比較器輸出狀態(tài)數(shù)字輸岀C0

18、7C06CO5CO4CO3CO2CO1D2D1D00UIVVREF/150 0 0 0 0 0 0000VREF/15 UI3VREF/150 0 0 0 0 0 10013VREF/15 UI5VREF/150 0 0 0 0 1 10105VREF/15 UI7VREF/150 0 0 0 1 1 10117VREF/15 UI9VREF/150 0 0 1 1 1 11009VREF/15UI11VREF/150 0 1111110111 VREF/15 UI13VREF/150 11111111013VREF/15 400mV ,于是保留 400mV 的電壓砝碼，再加 200mV 的

19、砝碼，uI400mV+200mV , 200mV 的電壓砝碼也保留；再加 100mV 的電壓砝碼，因 uIv400mV+200mV+100mV，故去掉 100mV 的電壓砝碼。最后寄存器中獲得的二進(jìn)制碼0110,即為 uI 對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我8uo/mV800 mV圖 10.1.6逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器的逼近過(guò)程示意圖逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理下面結(jié)合圖 10.1.7 的邏輯圖具體說(shuō)明逐次比較的過(guò)程。這是一個(gè)輸出 3 位二進(jìn)制數(shù)碼的逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器。圖中的 C 為電壓比較器，當(dāng)uiUA時(shí)，比較器的輸出UB0； 當(dāng)uiUA時(shí)UB1。FA、FB

20、和 FC 三個(gè)觸發(fā)器組成了 3 位數(shù)碼寄存器，觸發(fā)器 F1F5 構(gòu) 成環(huán)形分配器和門 G1G9 起組成控制邏輯電路。轉(zhuǎn)換開(kāi)始 前先將 FA、 FB、 FC置零， 同時(shí)將 F1F5組成的環(huán)型 移位寄 存器置 成 Q1Q2Q3Q4Q5=10000狀態(tài)。轉(zhuǎn)換控制信號(hào) UL 變成高電平以后，轉(zhuǎn)換開(kāi)始。第一個(gè)CP 脈沖到達(dá)后，F(xiàn)A 被置成“ 1”，而 FB、FC 被置成“ 0”。這時(shí)寄存器的狀態(tài)QAQBQC=100 加到 DA 轉(zhuǎn)換器的輸入端上， 并在 DA轉(zhuǎn)換器的輸出端得到相應(yīng)的模擬電壓UA (800mV)。UA 和uI比較，其結(jié)果不外乎兩種：若uI UA，則UB0；若uIuA，則UB1。同時(shí)，移位寄

21、存器右移一位，使 Q1Q2Q3Q4Q5=01000。第二個(gè)CP脈沖到達(dá)時(shí)FB被置成1。 若原來(lái)的UB1(uiUA)， 貝yFA被置成“ 0”， 此 時(shí)電壓砝碼為400mV ;若原來(lái)的UB0嚴(yán)uA)，則FA的“ 1”狀態(tài)保留，此時(shí)的電壓 砝碼為 400mV 加上原來(lái)的電壓砝碼值。同時(shí)移位寄存器右移一位，變?yōu)?0100 狀態(tài)。第三個(gè) CP 脈沖到達(dá)時(shí) FC 被置成 1。 若原來(lái)的UB1， 則 FB 被置成“ 0” ； 若原來(lái)的UB0, 則 FB 的“ 1”狀態(tài)保留，此時(shí)的電壓砝碼為200mV 加上原來(lái)保留的電壓砝碼值。同時(shí)移位寄存器右移一位，變成 00010 狀態(tài)。in200mV400mV0110

22、ui100mVUI圖 10.1.7 三位逐次逼近型 AD 轉(zhuǎn)換器邏輯圖d1(21)do(LSB)(20)d2(MSB)2(2 )百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我9第 n+1 位計(jì)數(shù)器VL圖 10.1.9 雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器原理圖（3）雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器第四個(gè) CP 脈沖到達(dá)時(shí)，同時(shí)根據(jù)這時(shí)UB的狀態(tài)決定 FC 的“ 1”是否應(yīng)當(dāng)保留。這時(shí) FA、FB、FC 的狀態(tài)就是所要的轉(zhuǎn)換結(jié)果。同時(shí)，移位寄存器右移一位，變?yōu)?0001 狀態(tài)。由于 Q5=1，于是 FA、FB、FC 的狀態(tài)便通過(guò)門 G6、G7、G8 送到了輸出端。第五個(gè) CP 脈沖到達(dá)后，移位寄存器右移一位，使得Q1Q2Q3Q4

23、Q5=10000，返回初始狀態(tài)。同時(shí)，由于 Q5=0，門 G6、G7、G8 被封鎖，轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)隨之消失。所以對(duì)于圖示的 AD 轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換的時(shí)間為（n+2）TCP。同時(shí)為了減小量化誤差，令 DA 轉(zhuǎn)換器的輸出產(chǎn)生-/2 的偏移量。另外，圖 7.9 中量化單位的大小依 uI 的變化范圍和 AD 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)而定，一般取VREF/，。顯然，在一定的限度內(nèi)，位數(shù)越多，量化誤差越小，精度越高。VIS1R-VREF：S0_之_CVOL1Qn-1rQ1Q0n 位計(jì)數(shù)器CP百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我10雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器屬于間接型 A/D 轉(zhuǎn)換器，它是把待轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓先轉(zhuǎn)換為一個(gè)中

24、間變量，例如時(shí)間T;然后再對(duì)中間變量量化編碼，得出轉(zhuǎn)換結(jié)果，這種AD 轉(zhuǎn)換器多稱為電壓-時(shí)間變換型（簡(jiǎn)稱 VT 型）。圖 10.1.10 給出的是 VT 型雙積分式 AD 轉(zhuǎn)換器的 原理圖。轉(zhuǎn)換開(kāi)始前，先將計(jì)數(shù)器清零，并接通S0使電容 C 完全放電。轉(zhuǎn)換開(kāi)始，斷開(kāi) S0。整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程分兩階段進(jìn)行。第一階段，令開(kāi)關(guān) S1置于輸入信號(hào) Ui側(cè)。積分器對(duì) Ui進(jìn)行固定時(shí)間 T1的積分。積 分結(jié)束時(shí)積分器的輸出電壓為：UO1T10()dtRC(7.4)dn-1(MSB)dn-2do(LSB)百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我11可見(jiàn)積分器的輸出 Uoi與UI成正比。這一過(guò)程稱為轉(zhuǎn)換電路對(duì)輸入模擬電壓的采

25、樣過(guò) 程。在采樣開(kāi)始時(shí)，邏輯控制電路將計(jì)數(shù)門打開(kāi)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到滿量程N(yùn) 時(shí)，計(jì)數(shù)器由全“ 1”復(fù)“ 0”，這個(gè)時(shí)間正好等于固定的積分時(shí)間Ti。計(jì)數(shù)器復(fù)“ 0”時(shí)，同時(shí)給出一個(gè)溢出脈沖（即進(jìn)位脈沖）使控制邏輯電路發(fā)出信號(hào)， 令開(kāi)關(guān) Si轉(zhuǎn)換至參考電壓-VREF一側(cè)，采樣階段結(jié)束。第二階段稱為定速率積分過(guò)程，將 Uoi轉(zhuǎn)換為成比例的時(shí)間間隔。采樣階段結(jié)束時(shí)，一方面因參考電壓-VREF的極性與UI相反，積分器向相反方向積分。計(jì)數(shù)器由0 開(kāi)始計(jì)數(shù)，經(jīng)過(guò) T2時(shí)間，積分器輸出電壓回升為零，過(guò)零比較器輸出低電平，關(guān)閉計(jì)數(shù)門，計(jì)數(shù)器停止 計(jì)數(shù)，同時(shí)通過(guò)邏輯控制電路使開(kāi)關(guān)Si與 ui相接，重復(fù)第一

26、步。如圖 10.1.11 所示。因此得到：T1式表明，反向積分時(shí)間 T2與輸入模擬電壓成正比。在 T2期間計(jì)數(shù)門 G2打開(kāi)，標(biāo)準(zhǔn)頻率為 fCP的時(shí)鐘通過(guò) G2,計(jì)數(shù)器對(duì)UG計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié) 果為 D，由于VT 轉(zhuǎn)換。若輸入電壓雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器若與逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器相比較，因有積分器的存在，積分器的輸出只對(duì)輸入信號(hào)的平均值有所響應(yīng)，所以，它突出優(yōu)點(diǎn)是工作性能比較穩(wěn)定且抗干擾能力強(qiáng)；由式以上分析可以看出，只要兩次積分過(guò)程中積分器的時(shí)間常數(shù)相等，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果與 RC 無(wú)關(guān)，所以，該電路對(duì) RC 精度的要求不高，而且電路的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。雙積 分型 A/D轉(zhuǎn)換器屬于低速型 AD 轉(zhuǎn)換器，一次轉(zhuǎn)換時(shí)間在12ms,而逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器可達(dá)到 1 s。不過(guò)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的許多場(chǎng)合，毫秒級(jí)的轉(zhuǎn)換時(shí)間已經(jīng)足足有余，雙積 分型 A/D 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)正好有了用武之地。（4）主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換精度A/D 轉(zhuǎn)換器也采用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述轉(zhuǎn)換精度。分辨率是指引起輸出數(shù)字量變動(dòng)一個(gè)二進(jìn)制碼最低有效位（互VREFRCT1RcT2VREF則計(jì)數(shù)的脈沖數(shù)為T1=NITCPT2=DTCP小T1,N1 ,D1Ui-UTCPVREFVREF10.1.11 所示。計(jì)數(shù)器中的數(shù)值就是LSB ）時(shí)，