數字電子技術課件第七章數模與模數轉換電路詳解

數字電子技術課件第七章數模與模數轉換電路詳解演示文稿現在是1頁\一共有30頁\編輯于星期六（優(yōu)選）數字電子技術課件第七章數模與模數轉換電路現在是2頁\一共有30頁\編輯于星期六二、常見數模、模數轉換器應用系統(tǒng)舉例壓力傳感器溫度傳感器流量傳感器四路模擬開關數字控制計算機DAC……模擬控制器模擬控制器液位傳感器DAC…DAC…模擬控制器模擬控制器生產控制對象

DACADC物理量二進制信號模擬信號三、A

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D、D

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A轉換器的精度和速度精度保證轉換的準確性速度保證適時控制現在是3頁\一共有30頁\編輯于星期六7.1D/A轉換器（DAC）7.1.1D/A轉換的基本要求1.D

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A轉換思路…d0d1dn-1DACuO或iOn位二進制如(1101)2可利用運算放大器實現運算2.轉換特性DuO/V7654321001010011100101110111一、輸入、輸出關系框圖現在是4頁\一共有30頁\編輯于星期六二、D/A轉換的電路組成RRR2R2R2R2RUREFS0S1S2d0d0d1d2d1d2電子開關電阻網絡求和運放當d2d1d0=100,II

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2I

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4I

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8I/2I=UREF/RuO三、工作原理現在是5頁\一共有30頁\編輯于星期六當d2d1d0=110,IRRR2R2R2R2RUREFuOI

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2I

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4I

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8現在是6頁\一共有30頁\編輯于星期六當d2d1d0=111,IRRR2R2R2R2RUREFuOI

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2I

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4I

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8表達的一般形式現在是7頁\一共有30頁\編輯于星期六四、輸入為n位二進制數時的表達式當D=dn-1dn-2

…d1

d0

Ku—轉換比例系數現在是8頁\一共有30頁\編輯于星期六7.1.2DAC的轉換精度、速度和主要參數一、轉換精度指D/A轉換器模擬輸出產生的最小電壓變化量與滿刻度輸出電壓之比，也可用輸入的位數表示。為實際輸出與理想輸出模擬電壓間的最大誤差。ULSBUFSR=12n–1分辨率=LSB

—LeastSignificantBit2.轉換誤差可用占輸出電壓滿刻度值的百分數表示或可用最低有效位（LSB）的倍數表示。如:?（LSB）=輸入為0…01時輸出模擬電壓的一半。1.分辨率（Resolution）FSR

—FullScaleRange現在是9頁\一共有30頁\編輯于星期六二、轉換速度1.建立時間tsts為在大信號工作下（輸入由全0變?yōu)槿?，或由全1變?yōu)槿?）,輸出電壓達到某一規(guī)定值所需時間

。不包含UREF和運放的單片DAC最短ts<0.1s；包含UREF和運放的單片DAC最短t

s<1.5s。2.轉換速率SR用大信號工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率表示TTR=ts+

tr（tf）上升時間下降時間完成一次轉換所需時間TTR（max）=ts+UO（max）/SR現在是10頁\一共有30頁\編輯于星期六三、主要參數D/A轉換器5G7520的主要參數參數名稱單位參數值分辨率位10非線性度全量程的%≤0.05%轉換時間ns≤500UREFV–25+25電源電壓V515功耗mW

20溫度系數電源FSR10–6/oC50增益FSR10–6/oC10非線性FSR10–6/oC2現在是11頁\一共有30頁\編輯于星期六四、集成DAC芯片舉例1.5G7520的電路結構UREFIO1IO2d45G752012345678161514131211109VDDd3d2d1d0d5d6d7d8d9RfGNDuORIO1參考電壓源，可正可負?，F在是12頁\一共有30頁\編輯于星期六2.應用電路單極性輸出uOUREFIO1IO25G7520223416151413VDDd0

d9Rf1–VEERRW1RW2RW3輸入從00000000001111111111變化時，uO從0（1023

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1024）UREF輸出與輸入的關系數碼輸入模擬輸出d9d8d7d6d5d4d3d2d1d0uO1111111111

1111111110…00000000010000000000–（1023/1024）UREF–（1022/1024）UREF

…–（1/1024）UREF0UREF>0，uO<0現在是13頁\一共有30頁\編輯于星期六3.分辨率單極性輸出：分辨率分辨率

=5G7520為10位D

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A轉換器，分辨率

=當UREF

=

10V時，最小輸出電壓

uO

=9.76mV雙極性輸出：對于5G7520分辨率=當UREF

=

10V時，最小輸出電壓uO=19.6mV現在是14頁\一共有30頁\編輯于星期六7.2A/D轉換器（ADC）7.2.1A/D轉換的一般步驟和取樣定理一、模擬量到數字量的轉換過程uI(t)CADC的量化編碼電路dn-1d1d0…uI(t)S模擬量數字量量化編碼取樣：把時間連續(xù)變化的信號變換為時間離散的信號。保持：保持取樣信號,使有充分時間將其變?yōu)閿底中盘?。取樣保持（S

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H—Sample

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Hold）現在是15頁\一共有30頁\編輯于星期六二、取樣定理當滿足fs

≥

2fimax時,取樣信號可恢復原信號。fs

—取樣頻率。fimax

—

信號的最高頻率分量。

tOusfOfs–fimax

fimaxuI

tO現在是16頁\一共有30頁\編輯于星期六三、量化和編碼量化單位數字信號最低位LSB所對應的模擬信號大小，用表示（即1）。量化把取樣后的保持信號化為量化單位的整數倍。量化誤差因模擬電壓不一定能被整除而引起的誤差。編碼把量化的數值用二進制代碼表示?，F在是17頁\一共有30頁\編輯于星期六劃分量化電平的兩種方法01V1/82/83/84/85/86/87/8000001010011100101110111模擬電平二進制代碼代表的模擬電平0=01=1/82=2/83=3/84=4/85=5/86=6/87=(7/

8)V1V1/153/155/157/159/1511/1513/150000010100111001011101110模擬電平二進制代碼代表的模擬電平0=01=2/152=4/153=6/154=8/155=10/156=12/157=(14/15)V最大量化誤差=

=

(1

/

8)V=

/

2=(1/15)V現在是18頁\一共有30頁\編輯于星期六7.2.2取樣-保持電路一、電路組成及工作原理當uL

為高電平：RfChRiuIuOuLTRf=RiT導通，Ch

充電至：uO=uI=uC當uL為低電平：T截止，Ch

基本不放電。uO

保持矛盾：為使Ch

充電快，Ri越小越好；為使電路輸入電阻高，Ri越大越好?，F在是19頁\一共有30頁\編輯于星期六二、改進電路(LF198)及工作原理R2ChR1uIuOuLuO300

30

kD1D2S當uL=1，

S閉合

uO=uO=uI，uC

=uI

當uL=0，

S斷開

uO

保持D1、D2的作用：限制uO

在uI+uD以內，起保護作用。6

2145387uOuIuLChLF198現在是20頁\一共有30頁\編輯于星期六一、基本工作原理電路7.2.3逐次漸近型A/D轉換器D/AuI逐次漸近寄存器比較器參考電源時鐘信號MSBLSBMSBLSB并行數字輸出轉換控制信號3.2V10008V101004V00102V000113V00011現在是21頁\一共有30頁\編輯于星期六讀出控制控制邏輯電路逐次漸近寄存器比較器二、轉換過程舉例3位D/AQ1S1Rd0+CPd1d2≥1Q1S1RFFBFFC≥1d0d1d2uIuOuCC5位環(huán)行移位寄存器Q1Q2

Q3Q4Q5QFFA1S1R/2輸出偏移現在是22頁\一共有30頁\編輯于星期六Q

n+111100100功能RSQ

n10不用保持置1置0不許CP12345Q1

Q2Q3

Q4

Q5QA

QB

QCuI/VuO/VuO/VuCd2d1

d000001

0005.90–0.5000010

00010043.500000100011065.50000001

0011176.510000001011065.5000000001

11065.50110現在是23頁\一共有30頁\編輯于星期六7.2.4雙積分型A/D轉換器一、電路組成和工作原理CO＝

1(uo≤0)

0(uo>0)S2CS1uI邏輯控制門C定時器n位二進制計數器&dn–1d0uｏＴCPCP基準電壓<0正向積分：對被測信號uI進行定時積分，完成一次2n進制計數。

反向積分：對基準電壓積分至uｏ=0，計數結果與uI成正比?，F在是24頁\一共有30頁\編輯于星期六S2CS1uI邏輯控制門C定時器3位二進制計數器&d2d0uｏCP基準電壓<0電容C

放電CO＝

10000010100111001011101111以3位二進制計數器為例說明雙積分過程。0000010100111000現在是25頁\一共有30頁\編輯于星期六二、定量分析uI積分器輸入ＵIuｏ(t)積分器輸出固定時間t1t2N1ＴCPN2ＴCPt1=N1TCP=2nTCPt2=N2TCP=DTCP=UI/單位電壓ＵREF現在是26頁\一共有30頁\編輯于星期六&&&&&&7.2.5并聯比較型A/D轉換器R/2RRRRRRR/2UREFuI比較器1D1D1D1D1D1D1DCP寄存器d2d1d0編碼器0000000110010010000uI0000001110010011001uI0000011110010101010uI0000111110011101011uI0001111110101101100uI0011111111100101101uI0111111101100101110uI1111111001100101111uI現在是27頁\一共有30頁\編輯于星期六7.2.6A/D轉換器的轉換精度和轉換速度一、轉換精度分辨率1.用二進制或十進制位數表示(設計參數)LSB變化一個數碼時，對應輸入模擬量的變化量