集成變換器及其應用

02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院14.1.1負阻抗變換器4.1.2阻抗模擬變換器4.1.3模擬電感器4.1.4電容倍增器4.1阻抗變換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院2第4章集成變換器及其應用變換器或變換電路是指從一種電量或參數變換為另一種電量或參數的電路。本章主要介紹集成變換器及其應用，包括：阻抗變換器、U/I、I/U、U/F、F/U、T/I、T/U、A/D、D/A變換器等。本節(jié)主要介紹負阻抗變換器、阻抗模擬變換器、模擬電感器、電容倍增器等阻抗變換器。阻抗的模擬和變換是集成運放的一個重要應用方面，例如電容的損耗補償、電阻時間常數補償、電流互感器的誤差補償等。4.1阻抗變換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院3圖4-1-1中，若去掉電阻R1，實際是一個同相放大器，其輸入阻抗很高，輸出電壓為（4-1-1）

圖4-1-1負阻抗變換器4.1.1負阻抗變換器當電阻R1接入后，其等效輸入阻抗將發(fā)生很大變化。這時由輸入電壓引起的輸入電流為（4-1-2）將式(4-1-1)代入式(4-1-2)，可得等效輸入阻抗為02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院4由上式可知，從阻抗Z變換到等效輸入阻抗Zie，它不僅按比值R1/R2變化，而且其特性也由正變?yōu)樨?，因此稱之為負阻抗變換器。若將Z取為電阻R,則等效輸入阻抗為負電阻,稱之為負電阻變換器。若將Z取為電容C，則等效輸入阻抗為電感為等效模擬電感。

02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院5圖4-1-2阻抗模擬變換器圖中運放A1是同相放大器，起隔離作用和放大作用；運放A2是阻抗變換電路。4.1.2阻抗模擬變換器工作原理:A1的輸出電壓A2的輸出電壓解得02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院6圖4-1-2輸入電流為代入得等效輸入阻抗當選擇不同性質的元件時，可構成不同性質的阻抗模擬電路。圖4-1-2阻抗模擬變換器如可構成模擬對地電感、模擬對地電容、模擬對地負阻抗等。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院71.模擬對地電感若取Z1、Z2、Z3、Z5分別為電阻R1、R2、R3、R5

，而Z4為電阻R4和電容C4并聯(lián)阻抗，則構成等效模擬電感電路。其等效阻抗為等效電感和內阻分別為由上式可知，調節(jié)R1、R3、R5中任一個電阻，即可線性調節(jié)等效電感的大小。若增大電阻R4

，可獲得低內阻的等效模擬電感。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院82.模擬對地電感若Z1、Z2、Z4、Z5分別取為電阻R1、R2、R4、R5，而取Z3為電容C3，則可構成對地電容模擬電路。其等效電容為調節(jié)R2、R4中任一個電阻，即可線性調節(jié)電容量的大小。其等效阻抗為02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院93.模擬對地負阻抗若取Z1和Z3分別為電容C1、C3

，而Z2、Z4分別取為電阻R2、R4

，Z5為任一阻抗，則等效對地阻抗為由上式可知，這是一個Z5的負阻抗變換器，其阻抗隨頻率變化。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院10如圖4-1-3所示，是密勒積分式模擬電感器。圖4-1-3密勒積分式模擬電感器A1構成同相放大器，A2構成積分器。4.1.3模擬電感器假定集成運放滿足理想化條件，由圖可知可得02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院11所以，等效輸入阻抗為當Af>>1時，輸入阻抗可近似為其中等效電感值為圖4-1-3密勒積分式模擬電感器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院121.由反相放大器組成的電容倍增器4.1.4電容倍增器圖4-1-4反相放大器構成的電容倍增器輸入電流為等效輸入阻抗為02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院13由上式可知，此電路的輸入阻抗是電阻R1和等效電容Cie的并聯(lián)。其中等效電容為02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院142.可變電容倍增器圖4-1-5可變電容倍增器圖中電位器RP的作用是調節(jié)電容的倍增系數，由A1組成的跟隨器，起緩沖作用，以消除調整時對Cie的影響。其輸入阻抗為其輸入電流為02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院15可見，該電路輸入端等效為一電容，其等效電容的容值為調節(jié)電位器RP即可改變電容Cie的值。該電路突出的優(yōu)點是，通過改變電阻就可以得到任意大的電容值。圖4-1-5可變電容倍增器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院164.2.2精密U/I變換器4.2.1接地負載的U/I變換器4.2.3精密I/U變換器4.2U/I變換器和I/U變換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院174.2U/I變換器和I/U變換器A1為同相加法器，A2為跟隨器。由圖可知Uo2=RLIL,I1=

I2

圖4-2-1由兩個運放構成的U/I變換器由兩個運放構成的U/I變換器4.2.1接地負載的U/I變換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院18圖4-2-1由兩個運放構成的U/I變換器代入U+得要使IL與RL無關，必須使或為此運放電路的匹配條件。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院19所以注意，因此電路為正反饋，所以必須分析其穩(wěn)定性，為保證至少有10dB的穩(wěn)定儲備，應選擇R5>2RL解得圖4-2-1由兩個運放構成的U/I變換器為簡化分析，選取R3=R1,R4=R2,得02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院20圖4-2-2由運放構成的U/I變換器由圖可知I1=

I2

由該式得2.由一個運放構成的U/I變換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院21代入上式得整理得要使IL與RL無關，必須使將02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院22由若選取

則得整理得解得02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院23XTR110可將0～5V或1～10V電壓信號變換成4～20mA、0～20mA、5～25mA和其它電流范圍。XTR110采用標準16腳DIP封裝。1.XTR110的性能特點①通過對管腳的不同連接實現不同的輸入/輸出范圍。②最大非線性：不大于0.005％(具有14bit精度)。4.2.2精密U/I變換器③提供+10V基準。④電源電壓范圍：13.5～40V，為單電源工作。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院242.XTR110的內部結構圖4-2-3XTR110的內部結構圖02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院25圖4-2-4XTR110的基本接法3.XTR110的基本接法02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院26輸入范圍/V輸出范圍/mA3腳4腳5腳9腳10腳0～100～202輸入2222～104～202輸入2220～104～2015、12輸入22開路0～105～2515、12輸入2220～50～2022輸入221～54～2022輸入220～54～2015、122輸入2開路0～55～2515、122輸入22表4-2-1輸入/輸出與引腳關系02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院27圖4-2-50~10V輸入，±200mA大電流輸出變換電路4.XTR110的應用02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院28RCV420是精密I/U變換器。它能將4～20mA的環(huán)路電流變成0～5V的輸出電壓。1.RCV420的性能特點①4～20mA的電流輸入，0～5V的電壓輸出。②具有精密10V電壓基準，溫漂小于5×10-6/oC。③具有±40V共模電壓輸入范圍。④總的變換誤差小于0.1％。⑤具有86dB的噪聲抗干擾能力。4.2.3精密I/U變換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院292.RCV420的內部結構圖4-2-7RCV420的內部結構圖02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院303.RCV420的基本接法圖4-2-8RVC420的基本接法02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院314.RCV420的應用

圖示電路是由XTR101變送器部分和RCV420變換器部分組成。其中，XTR101將溫度信號(如熱電偶信號)變送成4～20mA的電流輸出。圖4-2-9遠距離高精度測溫系統(tǒng)02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院324.3.1VFC100同步型U/F、F/U變換器4.3.2LMx31系列U/F、F/U變換器4.3U/F變換器和F/U變換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院334.3U/F變換器和F/U變換器

電壓/頻率變換電路簡稱為U/F變換電路或U/F變換器（UFC）。頻率/電壓變換電路簡稱為F/U變換電路或F/U變換器（FUC）。VFC100同步型U/F、F/U變換器是通過外時鐘頻率獲得精密積分周期，實現U/F變換。4.3.1VFC100同步型U/F、F/U變換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院34圖4-3-1VFC100引腳排列圖1.引腳及其功能1腳：V+，為正電源端。2腳、3腳：NC，為空腳。4腳：IOUT，為內部積分輸出端，一般與5腳之間接入積分電容。5腳：CINT,為積分負輸入端，接積分電容。6腳、7腳：IN+、Ui，為積分同相輸入與模擬電壓輸入端。8腳：V

，為負電源端。9腳：Cos，輸出單穩(wěn)電容端。10腳：CLK，同步時鐘輸入端。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院3511腳：f0

，U/F變換頻率輸出端。圖4-3-1VFC100引腳排列圖12腳：DGND，為數字地。13腳：AGND，為模擬地。14腳、15腳：-CIN、+CIN，內部比較器輸入端。16腳：VREF，為內部5V參考電壓輸出端。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院362.性能特點①滿量程頻率輸出可通過外時鐘設置。②在精密滿10V電壓輸入時,增益誤差不超過0.5％。③內設精密5V參考電源。④極好的線性，在100kHz時，最大誤差不超過

0.02％，在1MHz時，不超過0.1％。⑤具有低的增益漂移：不超過50

10-6/oC。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院37圖4-3-2VFC100的內部結構圖及U/F變換模式的基本接法3.內部結構與基本接法02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院38圖4-3-3U/F變換模式時的變換波形圖4.雙極性輸入與調整VFC100有單極性輸入和雙極性輸入兩種接法。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院39圖4-3-4雙極性U/F變換接法雙極性接法：時鐘頻率為1MHz，R1為20k

，積分電容為0.01F，輸入模擬電壓為-5～+5V，輸出頻率為0～500kHz。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院40圖4-3-5失調與增益調整電路失調與增益調整電路，RP2的作用是對失調電壓進行細調，RP1的作用是對增益進行細調。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院415.F/U變換模式圖4-3-6VFC100的F/U變換模式頻率從14腳輸入，要求輸入頻率的最小脈寬為200ns。7腳與4腳相連作為電壓輸出端。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院42圖4-3-7VFC100的F/U變換模式的變換波形式中，fi是輸入頻率，fCLK是同步輸入時鐘頻率。輸出電壓的公式為變換波形為02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院434.3.2LMX31系列U/F、F/U變換器

LMX31系列包括：LM131A/LM131、LM231A/LM231、LM331A/LM331等。這類集成芯片的性能價格比較高。LM131/231/331因內部具有新的溫度補償能隙基準電路，所以在整個工作溫度范圍內和電源電壓低到4.0V時，也具有極高的精度，能滿足100kHz的U/F轉換所需要的高速響應，精密定時電路具有低的偏置電流，高壓輸出可達40V，可防止V+的短路，輸出可驅動3個TTL負載。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院44

這類器件常應用于A/D轉換、精密F/U轉換、長時間積分、線性頻率調制和解調、數字系統(tǒng)、計算機應用系統(tǒng)等方面。1.性能特點①最大線性度：0.01％。②雙電源或單電源工作(單電源可以在5V以下工作)。③脈沖輸出與所有邏輯形式兼容。④最佳溫度穩(wěn)定性：最大值為±50×10-6/oC。⑤小功耗：5V以下典型值為15mW。⑥寬動態(tài)范圍：10kHz滿量程頻率下最小值100dB。⑦滿量程頻率范圍：1Hz～100kHz。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院45圖4-3-8LM131/231/331內部結構和基本接法2.內部結構與基本接法02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院46圖4-3-9LM131/231/331內部結構和基本接法的簡化圖02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院47

在圖4-3-8和圖4-3-9中，每當單穩(wěn)態(tài)定時器觸發(fā)產生一寬度為t0的等寬度脈沖時，S接通，電容CL充電。t0結束后，S斷開，CL經RL放電，到放電電壓等于Ui時，再次觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，這樣反復循環(huán)，構成了自激振蕩器。在圖中，IR是恒定的，CL的充電電流是隨著Ui的增加而減小。則

若在某一段時間內，計算其充電電荷平均值Q

放電電荷平均值因充電和放電是平衡的，所以由得02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院48在實際應用時，Ux大約在10mV的范圍內波動，其平均值Ux≈Ui，用Ui代替上式中的Ux得式中，t0=1.1RtCt,Rt,Ct為單穩(wěn)態(tài)定時器的外接電阻和電容。典型工作狀態(tài)為Rt=6.8k

,Ct=0.01

F,t0=7.5

s。IR由內部基準電壓源供給的1.90V參考電壓和外接電阻RS決定，通常調節(jié)Rs的值，可調節(jié)轉換增益。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院493.U/F變換模式Ui0~10VR1100kC10.1μ1μCL20kRL+15V20k~1M

5V22k47k8+15V7614235Rt6.8kCt0.01μ10k10Hz~10kHzfo+5V12kRs1Rs25kRsLMx31圖4-3-10LMx31組成的U/F轉換基本電路電阻Rs由Rs1=12k

和Rs2=5k

電位器組成。作用是調節(jié)增益偏差和由RL、Rt、Ct引起的偏差，以及校正輸出頻率。7腳上增加的R1、C1，其作用是提高精度。當元件取圖示中的參數值時，可將0～10V輸入電壓信號變成10Hz～10kHz的輸出頻率信號。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院50fiLM331470P10k6.8k10k875Rt6.8k±1%Ct0.01μ1IUo43RL100kCL1μ625k12k±1%+15VRs圖4-3-12LMx31組成的F/U變換模式的基本電路4.F/U變換模式輸出電壓的公式為02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院51LM331fi470P10k6.8k10k875Rt6.8k±1%Ct0.01μ1IUo43CL0.02μ625k12K±1%+15VRsRL100k-+100kA圖4-3-13LMx31組成的F/U變換模式的精密電路求輸出電壓的公式為02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院524.4.1AD590T/I變換器4.4.2LM135/235/335T/U變換器

4.4精密T/I和T/U變換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院534.4精密T/I和T/U變換器下面以AD590為例，介紹T/I變換器。1.性能特點①寬的測溫范圍：-55～150oC。②寬的工作電壓范圍：4～30V。③線性電流輸出：1

A/K。④極好的線性：在整個測溫范圍內非線性誤差小于±0.3oC（AD590M）。4.4.1AD590T/I變換器⑤激光微調使定標精度達到：±0.5oC(AD590M)。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院542.內部結構圖4-4-1AD590的金屬圓殼封裝結構AD590外形采用TO－52金屬圓殼封裝結構。其引腳排列如圖4-4-1所示。圖4-4-2是AD590的內部電路結構。圖4-4-2AD590的內部電路結構02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院55圖4-4-3AD590的基本接法3.基本接法02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院56圖4-4-4攝氏溫度檢測典型接法4.應用電路

利用AD590測溫時，可由絕對溫度的單位K，計算出攝氏溫度的單位oC，其計算公式為K=oC+273.15（或oC=K-273.15）02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院57圖4-4-5利用AD590和差分電路實現攝氏溫度測量攝氏溫度檢測電路。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院58LM135/235/335廣泛應用于溫度測量、溫度控制和熱電偶冷端補償等方面。1.性能特點①輸出電壓與絕對溫度成正比。②輸出動態(tài)電阻：小于1

。③溫度范圍：-55～+150

C（LM135）。④輸出靈敏度：10mV/K。⑤在整個溫度范圍內，誤差小于1

C

（LM135A/235A）。4.4.2LM135/235/335T/U變換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院59圖4-4-7LM135系列內部電路結構2.內部結構圖4-4-6LM135/235/335的金屬圓帽封裝02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院603.基本接法圖4-4-8LM135/235/335的基本連接電路圖4-4-9LM135/235/335的基本溫度檢測電路02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院61圖4-4-10LM135/235/335接地熱電偶冷端補償電路+15VR44.7kLM329BLM135R512k-15VR110KRP10k200kR6R21MR771.5k+-電壓表+-R3*4.應用下圖是雙電源工作時的熱電偶冷端補償電路。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院624.5.1D/A轉換器的基礎知識

4.5.212位串行D/A轉換器DAC75124.5.316位D/A轉換器PCM544.5D/A轉換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院634.5D/A轉換器D/A轉換器按工作方式可分為并行D/A轉換器、串行D/A轉換器和間接D/A轉換器等。在并行D/A轉換器中，又分為權電阻D/A轉換器和R-2RT型D/A轉換器。4.5.1D/A轉換器的基礎知識02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院64

圖示電路是一個三位二進制數的D/A轉換電路，每位二進制數控制一個開關S。當第i位的數碼為“0”時，開關Si打在左邊；當第i位的數碼為“1”時，開關Si打在右邊。圖4-5-1D/A轉換原理電路1.D/A轉換器的基本原理

02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院65對于B點對地電阻相當于兩個2R并聯(lián)，即等于R。同理則可推出圖4-5-1D/A轉換原理電路S0接通時所以02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院66將上式推廣到n位二進制數的轉換得一般表達式圖4-5-1D/A轉換原理電路02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院67其輸出電壓為輸出電壓會因器件誤差、集成運放的非理想特性而產生轉換誤差。2.雙極性工作

雙極性工作是指D/A轉換器可以轉換有正有負的數據。計算機中的數字量表示為雙極性的方法很多，如用原碼、補碼、反碼和二進制碼等。其中補碼和偏移二進制碼用于D/A轉換器。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院683.D/A轉換器的特性與技術指標

DAC的性能指標很多，主要有以下幾個：①分辨率：是指DAC能分辨的最小輸出模擬增量，取決于輸入數字量的二進制位數。②轉換精度：轉換精度和分辨率是兩個不同的概念。轉換精度是指滿量程時DAC的實際模擬輸出值和理論值的接近程度。③偏移量誤差：偏移量誤差是指輸入數字量為零時，輸出模擬量對零的偏移值。④線性度：線性度是指DAC的實際轉換特性曲線和理想直線之間的最大偏差。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院69⑤輸入編碼形式：輸入編碼形式是指DAC輸入數字量的編碼形式，如二進制碼、BCD碼等。⑥輸出電壓：輸出電壓是指DAC的輸出電壓信號。⑦轉換時間：轉換時間是指輸入的數字信號轉換為輸出的模擬信號所需要的時間。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院704.5.212位串行D/A轉換器DAC7512①微功耗：5V供電時的工作電流消耗為135

A；在掉電模式時，5V電源供電下的電流消耗為135nA，若采用3V供電時，其電流消耗僅為50nA。②寬的供電電壓范圍：＋2.7V～＋5.5V。③上電復位后輸出電壓為0Ｖ。④具有三種關斷工作模式可供選擇，5V電壓下的功耗僅為0.7mW。⑤具有低功耗施密特輸入串行接口。⑥內置滿幅輸出的緩沖放大器。1.主要特性⑦具有SYNC中斷保護機制。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院711腳VOUT：模擬輸出電壓。2腳GND：地。3腳VDD：供電電源，直流＋2.7V～＋5.5V。4腳DIN：串行數據輸入。5腳SCLK：串行時鐘輸入。圖4-5-4DAC7512的引腳排列圖6腳SYNC:輸入控制信號(低電平有效)。2.引腳功能DAC7512采用SOT23-6封裝如圖所示。其引腳定義如下：02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院72圖4-5-5DAC7512內部結構框圖3.內部結構輸入控制邏輯用于控制DAC寄存器的寫操作;掉電控制邏輯與電阻網絡一起用來設置器件的工作模式，即選擇正常輸出還是將輸出端與緩沖放大器斷開，而接入固定電阻;芯片內的緩沖放大器具有滿幅輸出特性，可驅動2k

及1000pF的并聯(lián)負載。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院734.時序及工作模式DAC7512采用三線制串行接口，串行寫操作時序。圖4-5-6DAC7512的寫操作時序片內輸入寄存器寬度為16位，格式如下：DB15、DB14是空閑位，B13、DB12是工作模式選擇位，DB11～DB0是數據位。D1D0111098765

43210DB15DB0器件內部帶有上電復位電路，上電后寄存器內容為0，所以在正常工作模式時，上電復位后模擬輸出電壓為0Ｖ。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院74

DAC7512的四種工作模式可由寄存器內的DB13、DB12來控制。其控制關系見下表。DB13DB12工作模式00正常模式01掉電模式輸出端1kΩ到地10輸出端100kΩ到地11高阻表4-5-1DAC7512的工作模式選擇

掉電模式下，不僅器件功耗要減小，而且緩沖放大器的輸出級通過內部電阻網絡接到1k

、100k

或開路。而處于掉電模式時，所有的線性電路都斷開，但寄存器內的數據不受影響。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院755.與MCS-51單片機的接口應用DAC7512與MCS-51微控制器的接口如圖4-5-7。圖4-5-7DAC7512與單片機的連接

而P1.2則驅動DAC7512的串行數據線DIN。在16位數據傳輸期間，P1.0要一直保持低電平。

圖中，8051的P1.0接DAC7512的SYNC，P1.1驅動DAC7512的SCLK。

根據圖4-5-7接口電路，D/A轉換程序編制如下：02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院76

設12位數字量存放在單片機片內RAM的兩個單元50H和51H中，12位數的高4位存放在50H單元，低8位存放在51H單元的低4位?，F將12位數據送到DAC7512中進行D/A轉換，接口電路的轉換程序如下：SCLK BITP1.1；DAC7512的SCLK與8051的P1.1相連DINBITP1.2；DAC75121的DIN與8051的P1.2相連DAHDATA50H；12位數據高字節(jié)SYNC BITP1.0；DAC7512的SYNC與8051的P1.0相連DALDATA 51H ；12位數據低字節(jié)DAOUT：MOVR7，#08H；置循環(huán)次數MOV A，DAH；取高4位數ANL A，#0FH；正常工作模式CLR SYNC ；啟動寫時序02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院77DA1：RLC A ；從最高位開始串行移位MOV DIN，C；輸出數據SETB SCLK；產生SCLK上升沿CLR SCLK；產生SCLK下降沿DJNZ R7，DA1；8位數據傳送完畢？MOVR7，#08HMOV A，DAL；取低8位數據DA2：RLC AMOV DIN，CSETB SCLKCLR SCLKDJNZR7，DA2；低8位數據傳送完畢？NOPSETB SYNCSETB DINRET02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院784.5.316位D/A轉換器PCM54

圖4-5-816位D/A轉換器PCM54的應用電路02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院794.6.1A/D轉換器的基礎知識4.6.2并行A/D轉換器AD5744.6.316位串行A/D轉換器MAX1954.6A/D轉換器02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院804.6A/D轉換器4.6.1A/D轉換器的基礎知識集成A/D轉換器通常采用逐次逼近式A/D轉換器和雙積分式A/D轉換器。圖4-6-1逐次逼近型A/D轉換原理框圖1.逐次逼近式

A/D轉換電路

02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院812.雙積分式A/D轉換電路

先將S置于Ui端，積分器對輸入信號進行積分，積分時間固定為T，積分器的輸出為：當t=T時，S轉為接－Uref，開始對參考電壓Uref積分，積分器輸出從負值開始上升，圖4-6-2雙積分型A/D轉換原理框圖02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院82當積分器輸出上升到ui=0V時，第二次積分結束。設這段時間為

T，則有圖4-6-2雙積分型A/D轉換原理框圖由上式和式得02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院83由上式可知，

T正比于輸入電壓Ui，在T內進行時鐘脈沖計數，所計得的數字量正比于輸入電壓Ui。右圖是A/D轉換電路的工作過程。雙積分式A/D轉換電路的轉換精度很高，但轉換速度較低。圖4-6-3雙積分A/D轉換過程波形圖02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院843.A/D轉換器的主要技術指標①分辨率：對應于最小數字量的模擬電壓值稱為分辨率，它表示對模擬信號進行數字化能夠達到多細的程度。②量程：即所轉換的電壓范圍。③精度：有絕對精度和相對精度兩種表示法。對應一個給定的數字量的理論模擬量輸入與實際模擬量輸入之差稱為絕對精度或絕對誤差。絕對精度通常用最小有效位LSB的分數表示，如精度為:通常用百分比表示滿量程時的相對誤差表示，如±0.05％。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院85⑤輸出邏輯電平：多數與TTL電平配合。④轉換時間和轉換率：完成一次A/D轉換所需要的時間稱為轉換時間。⑥對參考電壓的要求：要考慮器件是否需要內部參考電壓，或是否需要外部參考電壓。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院864.6.2并行A/D轉換器AD574AD574A是一種帶有三態(tài)緩沖器的快速12位逐次比較式A/D轉換芯片，可以直接與8位或16位微處理器相連，而無需附加邏輯接口電路。片內有高精度的參考電源和時鐘電路，不需要外接時鐘和參考電壓等電路就可以正常工作。AD574A的轉換時間為25

S。芯片內含有逐次逼近式寄存器SAR、比較器、控制邏輯、DAC轉換電路及三態(tài)緩沖器等。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院87圖4-6-4AD574A的引腳排列圖AD574A的引腳定義如下：8腳REFOUT：內部參考電源輸出(+10V)。10腳REFIN：參考電壓輸入。12腳BIP：偏置電壓輸入。接至正負可調的分壓網絡，以調整ADC輸出的零點。13腳10VIN：±5V或0～10V模擬輸入。14腳20VIN：±10V或0～20V模擬輸入。7、11腳Vcc、VEE：模擬部分供電的正電源和負電源，為±12V或±15V。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院881腳VL：數字邏輯部分的電源+5V。15腳DGND：數字地。9腳AGND：模擬地。9腳AGND：模擬地。16～27腳DB0～DB11：數字量輸出,高半字節(jié)為DB8～DB11;低半字節(jié)為DB0～DB7。2腳12/8：數據輸出格式選擇端。當12/8=1(+5V)時，雙字節(jié)輸出，即12條數據線同時有效輸出，當12/8＝0(0V)時，為單字節(jié)輸出，即只有高8位或低4位有效。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院89同時滿足時，AD574A才能處于工作狀態(tài)。3腳、6腳CS、CE：片選信號，當CS=0、CE=15腳R/C：讀數據/轉換制信號,當R/C=1，ADC轉換結果的數據允許被讀??；R/C=0，則允許啟動A/D轉換。4腳A0：字節(jié)選擇控制線。在啟動AD574A轉換時，用來控制轉換長度。A0＝0時，按完整的12位A/D轉換方式工作，A0＝1時，則按8位A/D轉換方式工作。02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院90上述有關引腳的控制功能的狀態(tài)關系如表所示

CEA0功能說明100×012位轉換100×18位轉換101＋5V×12位輸出101地0高8位輸出101地1低4位輸出表4-6-1AD574A控制信號狀態(tài)表02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院911.AD574A單極性和雙極性輸入特性

圖4-6-5AD574A的模擬輸入電路02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院922.AD574A與單片機的接口

圖4-6-6AD574A與單片機的接口電路02九月2023集成電路原理及應用能源工程學院933.轉換程序設計舉例

設要求AD574A進行12