10AD转换器

《数字电子技术基本教程》第十章数-模（D/A）和模-数（A/D）转换《数字电子技术基本教程》5.1概述将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。多路开关数字控制计算机DACADC功率放大…功率放大执行机构…执行机构加热炉…加热炉温度传感器…温度传感器信号放大…信号放大多路开关10.1概述《数字电子技术基本教程》将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。基本原理uo或io输出D/Ad0d1dn－1输入…)2222(00112211oddddKunnnnu10.2D/A转换器76543210000001010011100101110111uo(V)D《数字电子技术基本教程》10.2.1权电阻网络DAC权电阻网络模拟开关求和放大器3030~~SSdd受数字控制RVIRVIRVIRVIRVIREFREFREFREFiREFi031221302222权电流：001iididi时，时，流向点Σ321032104(2222)22REFoFVRvRiidddd缺点：电阻值分散，相差太大《数字电子技术基本教程》10.2.2倒T型电阻网络DACRRRR不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。电阻网络中的种类少（仅R和2R两种）《数字电子技术基本教程》321010()()()()24816iiiidIidIIIIIidddd时，流入时，流入地端32103210441(2222)22OREFREFVRiVRddddRVD121012101(2222)22nnREFREFOnnnnnVVVRiRddddDR对位输入时，应有210~21,0~2nnnOREFnDVV范围为为“正”取“负”则得OREFVV《数字电子技术基本教程》7520AD实例：10位D/A转换器AD7520是R=10KΩ的倒T型电阻网络D/A转换器，内有反馈电阻RF=R。使用时须外接运算放大器和基准电压ＵREF。TTL工艺：AD1408、DAC100等。CMOS工艺：AD7532、AD7541、DAC0808、DAC0832、5G7520等。《数字电子技术基本教程》DAC0832①8位DA转换器②COMS工艺③倒T型电阻网络④内部有2个数据寄存器⑤直通、单缓冲、双缓冲三种工作方式特点《数字电子技术基本教程》+VREF(+5V)VEE(-5V)11621531441351261171089DAC0808NCGNDVEEIoD7D6D5D4COPVREF(-)VREF(+)VCCD0D1D2D35131467158921011412316DAC0808VCC(+5V)2.4kΩ2.4kΩ0.1μFIoRLD0D1D2D3D4D5D6D7引脚排列图D/A转换电路《数字电子技术基本教程》+-Ad9地d8d7d6d5d4d3d2d1d0UREFVDDRFIout1Iout2AD7520+10VuOuIDAC应用输入模拟电压接到AD7520的基准电压端，则构成电压放大电路。它的电压放大倍数，由数码输入端d0～d9的值决定，故构成增益可编程放大器。(1)增益可编程放大器《数字电子技术基本教程》输出模拟电压的值随计数器74LS161的Q3、Q2、Q1、Q0的变化而发生周期性的变化，故构成波形发生器。ETEPCPD0D2D3D1Q1Q0Q2Q3RDLDC74LS161+-Ad9地d8d7d6d5d4d3d2d1d0UREFVDDRFIout1Iout2AD7520+10VuO-10V11CP(2)波形发生器《数字电子技术基本教程》例:设在T型电阻网络中，参考电压VR=6V，RF＝3R，求1。d3～d0=1111时，vO＝？2。d3～d0=0001时，vO＝？解：321032104(2222)2REFoVvdddd3210max46615(12121212)5.625V216OOVVDAC的满刻度输出电压值，位数越多，Vomax越接近VR。0min466(12)0.375V216OOVVDAC的最小输出电压值，位数越多，Vomin越接近0。《数字电子技术基本教程》10.2.3DAC的主要技术指标1.分辨率（理论精度）--分辨输出最小电压的能力。•用输入数字量的二进制数码位数给出•n位DAC,应能输出0~2n-1个不同的等级电压，区分出输入的0……0到1……1，2n-1个不同状态121n分辨率如：输出模拟电压满量程为10V，那么，8位D/A转换器能够分辨的最小电压为V03922.025510101218《数字电子技术基本教程》3、转换时间：输入变化为满度值时（全0→全1，或全1→全0），输出模拟量达到稳定（通常为终值±1/2LSB）所需要的时间。2、转换误差（实际精度）--输出模拟电压的实际值与理论值之差•用最低有效位(LSB)的倍数来表示•转换误差是一个综合性误差，它包括基准电压UREF的波动、运算放大器的零点漂移、倒T形电阻网络中的电阻阻值的误差等多种因素。因此，要获得高精度的D/A转换器，应选用低温漂高精度的运算放大器，采用高稳定度的UREF和选用高分辨率的D/A转换器。如转换误差±1/2LSB，指误差不超过输入为0……01时产生输出电压的1/2选择DAC需考虑的主要指标：分辨率、转换速度。次要指标：输出方式（电流、电压）、输出范围（VR取值）。《数字电子技术基本教程》10.3A/D转换器10.3.1A/D转换的一般步骤输入连续变化电压，输出为不连续的数字量在进行A/D转换时，输入的模拟信号是在时间上是连续的，而输出的数字信号是离散的，所以进行转换时只能在一系列选定的瞬间对输入信号取样，然后再把这些取样的值转换为输出的数字量。因此一般的A/D转换过程要经过采样、保持、量化和编码这四个步骤进行。前两个步骤在采样-保持电路中完成，后两个步骤在A/D转换器中完成。dn-1d1d0数字量输出(n位)ADC的数字化编码电路CPSSCADC采样-保持电路采样展宽信号输入模拟电压ui(t)us(t)…《数字电子技术基本教程》maxmax2,(3~5)SiSiffff一般取一、采样与保持取样——取样是输入的模拟量按一定时间间隔（采样频率fS）采取样值，将其转换为在时间上断续变化的、在幅度上等于取样期间模拟信号大小的一串脉冲保持——把取样电压保持一段时间，保证完成A/D转换。①②③⑦①②④⑤⑥⑧为了能较好地恢复原来的模拟信号，取样信号必须满足采样定理：fimax为输入信号频率的最大值。《数字电子技术基本教程》111110101100011010001000111110101100011010001000输入信号1V7/8V6/8V5/8V4/8V3/8V2/8V1/8V0二进制代码输入信号二进制代码1V13/15V11/15V9/15V7/15V5/15V3/15V1/15V0代表的模拟电压7=7/8（V）6=6/8（V）5=5/8（V）4=4/8（V）3=3/8（V）2=2/8（V）1=1/8（V）0=0（V）代表的模拟电压7=14/15（V）6=12/15（V）5=10/15（V）4=8/15（V）3=6/15（V）2=4/15（V）1=2/15（V）0=0(V）中点二、量化和编码1.量化：将取样电压表示为最小数量单位（Δ）的整数倍—两种方法2.编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二-十进制）3.量化误差：当采样电压不能被Δ整除时，将引入量化误差2inV1221inV量化误差=如：采样的电压分别是7/8V（0.875）和0.9V时，编码都为111,但前者无误差，后者存在误差。量化误差=/2《数字电子技术基本教程》10.3.2采样保持电路（S/H电路Sample-Hold）①VL=1时：T导通，T－采样开关，RI＝Rf②VL=0时：T截止，Vc（Vo）在短时内保持不变。OCICVVV当电容充电结束时：《数字电子技术基本教程》10.3.3直接ADC一、并联比较型00000001510RV~0000001153151RRV~V0000011155153RRV~V0000111157155RRV~V0001111159157RRV~V00111111511159RRV~V011111115131511RRV~V111111115151513RRV~VRV151RV153RV155RV157RV159RV1511RV1513量化《数字电子技术基本教程》00000001510RV~0000001153151RRV~V0000011155153RRV~V0000111157155RRV~V0001111159157RRV~V00111111511159RRV~V011111115131511RRV~V111111115151513RRV~V输入→量化→编码111110101100011010001000《数字电子技术基本教程》特点*快，CP触发信号到达到输出稳定建立只需几十ns*精度，受参考电压、分压网络等因素影响*有存储器，不需要S/H电路*电路规模，n位需要2n-1比较器，触发器。《数字电子技术基本教程》2、逐次渐近型特点：！电路不太复杂！转换速度快转换过程类似于天平秤重的过程设有8g、4g、2g、1g四种砝码，被秤重物为13g。砝码重量比较判别次数18g8g13g保留28g+4g12g13g保留38g+4g+2g14g13g去除48g+4g+1g13g=13g保留(1)1,1,1(2)1.OIOIVVVVn高位先置则保留若则去掉，改为0再将次高位置“”《数字电子技术基本教程》100003位：5个CPN位:(n+2)个CP初态Q1Q2Q3Q4Q5=10000,QAQBQC=000。以6.1V输入电压为例：(1)第一个CP来后，QAQBQC=100，经D/A后uＯ送到比较器与uI比较，vB=0。由于Q5=0，输出：d2d1d0=000。环形移位寄存器中的数码右移一位，为01000。(2)第二个CP，QA~QC=110，移存器中的数码向右移一位，Q1~Q5=00100，vB=0，d2d1d0=000。(3)第三个CP，QA~QC=111，移存器中的数码向右移一位，Q1~Q5=00010，d2d1d0=000，vB=1。(4)第四个CP，QA~QC=110，环行移位寄存器中的数码向右移一位，vB=0，Q1~Q5=00001，d2d1d0=110。(5)第五个CP，QA~QC=110，环行移位寄存器中的数码向右移一位，Q1~Q5=10000，d2d1d0=000，vB=0。即初态。《数字电子技术基本教程》10.3.4双积分型ADC（间接型）一、（V-T变换型）先将电压V转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间内用固定频率脉冲计数100111101.2.1,()1LICITIOIOISvSSvTTCPTvvTvdtvCRRCvv起始状态：计数器清零,闭合转换开始断开第一步，与相连，积分器作固定时间的积分（计数器对周期为的时钟从零开始计数，直到计数器满）。期间不变《数字电子技术基本教程》2121()DCCCCIICREFTffTTDTfvvTV期间计数器在期间用固定的频率脉冲计数，则计数脉冲。即与成正比21120010IREFOTREFIOIREFSVvVvTvdtTTvCRRCV第二