第十七讲第9DA转换器和AD转换器.ppt

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1、1,第 十七 讲,2,第9章 D/A转换器和A/D转换器,内容提要及重点,（1）D/A转换器 DAC的工作原理，性能指标，集成DAC及其应用。（2）A/D转换器 DAC的工作原理，性能指标，集成ADC及其应用。,重点,D/A、A/D转换器工作原理，集成D/A、A/D转换器的应用。,3,9.3 A/D转换器,主要内容,A/D转换的4个步骤A/D转换器的种类A/D转换器的3个主要技术参数A/D转换器的数字输出与模拟输入之间的关系集成ADC0809及应用,4,9.3.1 A/D转换的一般步骤,A/D转换步骤为：采样、保持、量化和编码。,采样定理：,式中fS为取样频率，fimax为输入信号vI的最高频

2、率分量的频率。,5,1、采样与保持,P243 图9-10 图中采样时间非常短。,采样和保持波形示意图,6,1、采样与保持（续）,采样过程,7,采样保持电路,采样保持电路取样保持电路原理图；输出波形图,8,2量化编码,如同用天平称物体质量，一般把上述采样保持后的值以某个“最小数量单位”的整数倍来表示，这一过程称为量化。规定的最小数量单位称为量化单位或量化间隔，用“”表示。量化的方法一般有两种：四舍五入法和舍去小数法。（1）四舍五入法：把/2的电压作为“0”处理，把/2而3/2的电压作为“1”处理；（2）舍去小数法：把的电压作为“0”处理，把而2的电压作为“1”处理。,9,2、量化与编码(续),1

3、0,采用不同量化方式其结果存在差异，而且上述量化结果与采样值之间存在误差，这种误差称为量化误差。,把上述量化结果用代码表示，称为编码。,11,3 A/D转换器的种类,(1)A/D转换器的种类,A/D转换器按照工作原理的不同可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器。直接A/D转换器是将输入模拟电压直接转换成数字量，间接A/D转换器是先将输入模拟电压转换成中间量，如时间或频率，然后将这些中间量转换成数字量。常用的直接A/D转换器有并联比较型A/D转换器和逐次比较型A/D转换器。常用的间接A/D转换器有中间量为时间的双积分型A/D转换器，中间量为频率的电压频率转换型A/D转换器。,12,（2）常用A

4、/D转换器的性能比较,转换速度最高的是：并联比较型ADC；转换速度最低的是：双积分型ADC；转换精度最高的是：双积分型ADC；转换精度最低的是：并联比较型ADC；转换速度和转换精度均较高的是：逐次比较型ADC,13,9.3.2 并行比较型ADC,1.电路,14,提示：优先编码器为输入高电平有效。,2.工作原理,15,3、特点,4、提高分辨率的措施,（1）速度快；,（2）分辨率不高。,原理：第一次ADC为粗转换，第二次ADC为细转换。Vi放大32倍后再转换，输出二进制数的位权是第一次转换对应位权的1/32。,16,9.2.3 逐次比较型A/D转换器,引言,计数式A/D转换器,17,9.3.3 逐

5、次比较型A/D转换器,1、转换原理,(1)电路结构：,VREF=-10V,VI=6.84V,1 0 0 0,1 0 0 0,I 5V,1,I=6.84V,VREF=10V,18,(2)转换原理,第一个CP：,19,第二个CP：,20,第三个CP：,21,（3）工作波形,P451 图9.2.6,最高位为1的转换电压为VD727 VREF/28 5V，其余各位为1的转换电压逐位按1/2衰减。,22,2、4位逐次比较型A/D转换器实际电路举例,23,工作原理分析,启动：启动正脉冲到达后，Q3Q0置0，Q5置1，G2开门。,转换过程概要：,注：表中D4D1表示FF4FF1D端的数据，即比较器的各次输

6、出值。表中的D4D1即A/D转换器输出数据D3D0。,24,同步取数,转换时间,T=(n+2)tCP，tCP为时钟周期。,第6个CP到达，数据同步输出。,取数电路方案,25,9.3.4 双积分型A/D转换器,1、原理电路,组成：积分器、过零比较器（C）、计数器、逻辑控制电路。,26,2、工作原理定性分析,第一次积分：积分器对VI（0）积分，C充电，Vo 0，Vc=“1”，G开门，CP有效，计数器开始计数，持续到 tT12nTc,进位信号使Qn翻转，S1切换到VREF。,预备：计数器清零，C放电，S1接VI。,第二次积分：积分器对VREF（0）积分，C反向充电，此时仍然有 Vo 0，Vc=“1”

7、，G开门，CP有效，计数器重新开始计数，持续到Vo0，Vc=“0”,G关门，CP无效，计数器停止计数。第二次积分时间T2将与VI成正比。,27,3、定量分析,方法一：积分面积定则。,（1）T2的确定：,令Vo0，则有,T1VI T2 VREF，故,方法二：积分器一般分析方法。,t T1时有,28,4、优缺点,（2）T2期间的计数脉冲个数,（3）转换速度较慢（转换周期几几十mS）。,（2）性能稳定，两次积分可以自动抵消电路误差。,（1）抗交流干扰能力强。T1一般取工业电网周期的整数倍。,转换周期,29,9.3.5 A/D转换器的主要技术指标,1、转换精度,P246,单片集成A/D转换器的转换精度

8、是用分辨率和转换误差来描述的。,分辨率:,说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进制(或十进制)数的位数表示。,转换误差：,表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。,30,2.转换时间,3、温度系数,指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关,并行比较A/D转换器的转换速度最高,逐次比较型A/D转换器次之,间接A/D转换器(如双积分A/D)的速度最慢。,温度每变化1oC所引起的数字量的相对变化。,31,9.3.6 集成A/D转换器及应用,ADC0809原理框图和引脚排列图,32,A

9、DC0809典型应用基本电路,33,例9-4,例9-4 某8位A/D转换器的输入模拟电压满量程为5V，当输入电压为1.96V时，求对应的输出数字量？解：输出数字量对应的十进制数与输入模拟电压成正比：,所以有：,故输出数字量D01100100。,34,9.6.6 集成A/D转换器及其应用（续）,使用A/D转换器时应注意以下几点：,(1)转换过程各信号的时序配合,35,(2)零点和满刻度调节,(3)参考电压的调节,(4)接地,A/D、D/A及采样保持芯片上都提供了独立的模拟地(AGND)和数字地(DGND)的引脚。,模数、数模转换电路中要特别注意到地线的正确连接，否则干扰很严重，以致影响转换结果的准确性。,在线路设计中，必须将所有器件的模拟地和数字地分别相连，然后将模拟地与数字地仅在一点上相连接。,36,2.ADC0809的典型应用,