模擬電子技術(shù)課件：第7章 模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換

1、 第7章 模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換 Analog Digital ConverterADC D=KDAADAC A =KAD D模擬量數(shù)字量AD7.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC 7.1.1 D/A轉(zhuǎn)換的基本原理 DACdn-1dn-2d0Uo(Io) =kDD功能圖17.1.2 權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器 + d3 d2 d1 d0u0I/2 I/4 I/8 I/16 MSB LSB RFAS3 S2 S1 S0結(jié)構(gòu)原理運(yùn)放分析疊加定理27.1.3 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC結(jié)構(gòu)原理 + d0 d1 d2 d3u0LSB MSB R=RFAS0 S1 S2 S3UREF2R 2R 2R 2R 2RR R R倒T形電阻分析

2、運(yùn)放疊加定理I/16 I/8 I/4 I/2 + u0AUREF2R 2R 2R 2R 2RR R R例D=1000I= UREF/RD=1000uO=I/2 RF= UREF/2R R R RR入=RIRF3空白10RFI/16 I/8 I/4 I/2 + u0AUREF2R 2R 2R 2R 2RR R R例 D=0100D=0100I= UREF/RuO=I/4 RF= UREF/4I/2 IR R R R特點(diǎn)：兩種R；電流不變化（快，不要建立時(shí)間）；4例7-1 參考電壓輸入型DAC例7-2 + d0 d1 d2 d3u0RF = 3RAURR R R 2R2R 2R 2R 2R 2R1

3、.分析工作原理，推導(dǎo)uo表達(dá)式R入= 2R + u0RF = 3RA3 RUR d3 2 + u0RF = 3RA3 RUR d2 22 5例7-1續(xù) + u0RF = 3RA3 RUR d3 21 3 RUR d3 23 3 RUR d0 24 3 RUR d2 22 2 n = 8時(shí)，D=11010110； UREF = 12V uo =？倒T形電阻分析；運(yùn)放；疊加定理。分析A =KAD D67.1.3 DAC主要技術(shù)指標(biāo)（1）轉(zhuǎn)換精度： 1）分辨率：分辨率是指DAC能夠分辨最小電壓的能力。輸入數(shù)字量只有最低有效位為1時(shí)的輸出的最小電壓，與輸入數(shù)字量所有有效位均為1時(shí)輸出最大電壓之比定義為

4、DAC的分辨率。DAC的位數(shù)越高，分辨率的數(shù)值越小，分辨率越高。分辨率的大小由轉(zhuǎn)換器位數(shù)n決定，所以直接用轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來表示轉(zhuǎn)換精度2）轉(zhuǎn)換誤差：元件參數(shù)偏差，基準(zhǔn)電壓UREF和運(yùn)放零點(diǎn)漂移等 (1) 比例系數(shù)誤差：它是參數(shù)電壓UREF波動(dòng)偏離標(biāo)準(zhǔn)值而引起的誤差。 (2) 漂移誤差：運(yùn)放零點(diǎn)漂移，增益改變引起增益誤差。 (3) 非線性誤差：由電子模擬開關(guān)導(dǎo)通電壓降和電阻網(wǎng)絡(luò)電阻值偏差產(chǎn)生。轉(zhuǎn)換誤差通常用輸出電壓滿刻度范圍FSR（Full Scale Range）的百分?jǐn)?shù)表示，也有用最低有效位的倍數(shù)表示。例如給出轉(zhuǎn)換誤差為L(zhǎng)SB/2，這就表示輸出的模擬電壓的絕對(duì)誤差等于輸入為00.01時(shí)輸出電壓

5、的一半。絕對(duì)誤差： A理論=KDA DMAX ；A實(shí)際=KDA DMAX A 理論 A 實(shí)際非線性誤差： |A 理論 A 實(shí)際|MAX（D全范圍內(nèi)）非線性度：非線性誤差 / 滿刻度數(shù)值72.轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換速度：數(shù)碼輸入穩(wěn)定模擬量輸出響應(yīng)的時(shí)間。建立(穩(wěn)定)時(shí)間：數(shù)碼輸入全0變?nèi)?（全1變?nèi)? ），輸出達(dá)到穩(wěn)定 1) 建立時(shí)間ts：當(dāng)轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，輸入全0/1變?yōu)槿?/0， 輸出電壓達(dá)到規(guī)定的誤差范圍LSB/2所需時(shí)間。 2) 轉(zhuǎn)換速率SR：是指對(duì)轉(zhuǎn)換器的輸入端施加使輸出電壓自最小值到最大值 變化的步進(jìn)輸入時(shí)，其最大時(shí)間變換率用V/s表示。高精度的D/A轉(zhuǎn)換器件需要高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)電壓

6、源UREF和低漂移的運(yùn)算放大器87.1.4 集成D/A轉(zhuǎn)換器 DAC的集成器件種類繁多，各種指標(biāo)相差很大。集成DAC內(nèi)不僅有電流開關(guān)、偏置電路，型電阻網(wǎng)絡(luò)及基準(zhǔn)電源控制電路等。按輸入的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)分類有8、10、12、16位等， UREF (10 +10V); IDD=10mA (UREF =10V)D=111Um= 9.9VD=00UO=0V轉(zhuǎn)換時(shí)間500nS; 分辨率1%（1/1023）97.2 A/D轉(zhuǎn)換輸入連續(xù)信號(hào)時(shí)間離散和幅值離散信號(hào)采樣定理fs 2fmaxu(t)t時(shí)間離散幅值連續(xù)信號(hào) 1. 取樣和保持7.2.1 工作過程取樣、保持、量化、編碼四步uI (t)t輸入連續(xù)信號(hào)fmax

7、 傳輸門TGuI(t)uo(t)S(t)S(t)t采樣脈沖序列fsTWTS10 + + 開關(guān)驅(qū)動(dòng)uI(t)uo(t)CH跟隨器uI(t)取 保樣 持uO(t)輸入連續(xù)信號(hào)時(shí)間離散和幅值連續(xù)信號(hào)時(shí)間離散和幅值離散信號(hào) 2. 量化、編碼最小量化單位 1LSB 數(shù)字量最低位為1，其余為均為0。(0001)去尾法：量化誤差 |max = 1LSB 四舍五入法：量化誤差 |max = 1/2 LSB 量化和量化誤差取樣和保持電路117.2.2 ADC127.2.5 ADC技術(shù)指標(biāo) 1. 轉(zhuǎn)換精度（1）. 分辨率分辨率的大小直接用轉(zhuǎn)換器的位數(shù)n來表示轉(zhuǎn)換精度 位數(shù)越多，分辨率越高。例Ui=0 5V; n=

8、10位: 0 2101 4.89mV; n=8位: 0 281 19.61mV; （2）.誤差絕對(duì)誤差： D理論=KAD A ；D實(shí)際=KADA D 理論 D 實(shí)際誤差： |D 理論 D實(shí)際|MAX（D全范圍內(nèi)）以最低有效位的倍數(shù)表達(dá) X LSB 2. 轉(zhuǎn)換時(shí)間模擬量輸入穩(wěn)定數(shù)碼輸出響應(yīng)的時(shí)間。133位并行比較型ADC寄存DCPQ7DCPQ1DCPQ2DCPQ3DCPQ4DCPQ5DCPQ6+-+-+-+-+-+-+-+CO7CO1CO2CO3CO4CO5CO6d0d1d2UREFCPui優(yōu)先編碼器基準(zhǔn)比較RRRRRRRR/213/15 UR11/15 UR 9/15 UR7/15 UR5/1

9、5 UR3/15 UR1/15 UR模擬信號(hào)輸入 0/15 URui 3/15 UR 3/15 URui 5/15 UR 5/15 URui 7/15 UR 7/15 URui 9/15 UR 9/15 URui11/15 UR11/15 URui13/15 UR13/15 URui15/15 URC1 C2 C3C4 C5 C6 C7 d0 d1 d2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 0 0 10 0 0 0 0 1 1 0 1 00 0 0 0 1 1 1 0 1 10 0 0 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 1 1 1 0 10 1 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 114并行比較型ADC特點(diǎn)1。速度最快； 2。分辨率提高，運(yùn)放幾何級(jí)數(shù)劇增（2N1，前例3位，7個(gè)運(yùn)放成本提高）； （分級(jí)并行比較型折中變形方案，P225）15 1. 轉(zhuǎn)換原理天平稱重過程（砝碼：512，256，128， ，2，1g）逐次比較型ADC16積分器過0比較器雙積分型ADCN級(jí)計(jì)數(shù)器dn-1(MSB 數(shù)字量輸出d0（LSBQnJ0K0J0K0J0K0J0K0&Qn-1 + + +uI-URS1S2RCuOucCRCAB 1. 原理圖17工作過程tQntus1tcptuotuc2n x187.2.4 集成ADCALE：地址鎖