《医学电子学第十章》演示PPT

1、1 第十章第十章 A/D和和D/A转换器转换器 2 10.110.1、D/AD/A转换器的分类及原理转换器的分类及原理 （Digital-to-analog converterDigital-to-analog converter） 10.210.2、A/DA/D转换器的分类及原理转换器的分类及原理 （Analog-to-digital converterAnalog-to-digital converter） 3 一、一、D/A转转 换器换器 1.电压输出型电压输出型 2.电流输出型电流输出型 TLC5620 DAC1220 DAC2902 AD5390 AD9763 输出类型输出类型 德州

2、仪器德州仪器 ADI公司公司 TLC公司公司 10.1Digital-to-analog converter 4 二二.D/A 转换器转换器 转换位数转换位数 8位位 10位位 12位位 14位位 16位位 17位位 20位位 18位位 DAC5571 DAC5574 DAC5652 DAC2904 DAC1221 DAC1220 AD7224 AD5315 AD7390 AD7840 AD9779 AD7111 AD5680 ADI公司公司 德州仪器德州仪器 www.ti.co m 5 工作原理工作原理 1.电阻网络电阻网络D/A转换器转换器 2.倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器

3、 工作模式工作模式 1.串口串口D/A转换器转换器 2.并口并口D/A转换器转换器 三三.D/A 转换器转换器 四四.D/A 转换器转换器 6 D/A转换器转换器 是将不同位数的二进制的数字量转是将不同位数的二进制的数字量转 换为模拟信号输出。换为模拟信号输出。 0 1 1 1 1 0 1 1 D/A转换过程是按照不同的转换过程是按照不同的权权，转换不同大小的，转换不同大小的 0 1 1 1 1 0 1 1 电压或电流电压或电流。例如：例如： 1 一个一个U二个二个U四个四个U 第第n位，则权位，则权 为为2n个个U 7 1.电阻网络电阻网络D/A转换器转换器 2 I 1 I 0 I 3 I

4、I R U IIIII R 16 15 3210 R U I R 16 0 R U I R 8 1 R U I R 4 2 R U I R 2 3 RO UU 16 15 d0d1d2d3 UR s0s1s2s3 2R4R8R16R R A + - U- U+ Uo 8 1.电阻网络电阻网络D/A转换器转换器 2 I 1 I 0 I 3 I I 0 3210 IIIII 0 0 I 0 1 I 0 2 I 0 3 I 0 O U d0d1d2d3 UR s0s1s2s3 2R4R8R16R R A + - U- U+ Uo 9 1.电阻网络电阻网络D/A转换器转换器 2 I 1 I 0 I 3

5、 I I R UIIIII 16 13 3210 RO UU 16 13 d0d1d2d3 UR s1s0s2s3 2R4R8R16R R A + - U- U+ Uo R U I R 16 0 0 1 I R U I R 4 2 R U I R 2 3 10 2.2.倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器 R A + U - U O U 2R R 2R R 2R R 2R2R R U I 2I8I4I16I 2 I 1 I 0 I 3 I RO UU 16 15 II IIIII 16 15 3210 I I s0s1 s2s3 d0d1d2d3 11 2.2.倒倒T T型电

6、阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器 R A + U - U O U 2R R 2R R 2R R 2R2R R U I 2I8I4I16I 2 I 1 I 0 I 3 I 0 O U 0 0 3210 I IIII I I s0s1 s2s3 d0d1d2d3 12 2.2.倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器 R A + U - U O U 2R R 2R R 2R R 2R2R R U I 2I8I4I16I 2 I 1 I 0 I 3 I RO UU 16 11 II IIIII 16 11 3210 I I s2s0s1 s3 d0d1d2d3 13 D/A转换

7、器的主要技术指标转换器的主要技术指标 D/A转转 换器的换器的 主要技主要技 术指标术指标 分辨率分辨率 转换误差转换误差 转换时间转换时间 电源抑制比电源抑制比 指最小输出电压与最大输出电压值比指最小输出电压与最大输出电压值比 指实际的指实际的D/A转换特性与理想转换转换特性与理想转换 特性之间的最大误差。特性之间的最大误差。 指从输入数据信号到输出稳定的模指从输入数据信号到输出稳定的模 拟电压或电流所需的时间。拟电压或电流所需的时间。 指输出电压的变化与相对的电源电指输出电压的变化与相对的电源电 压变化之比。压变化之比。 更新率或取样率更新率或取样率 指每秒钟给指每秒钟给D/A转换输入数组

8、的次数。转换输入数组的次数。 14 集成集成D/AD/A转换器的主要引脚转换器的主要引脚 集成集成D/AD/A 转换器转换器 的主要的主要 引脚引脚 数字端口数字端口 模拟端口模拟端口 控制端口控制端口 电源端口电源端口 指输出电压或电流大小的指输出电压或电流大小的 输出端口输出端口 指输入数据的引脚端口，引指输入数据的引脚端口，引 脚多少由位数及模式决定脚多少由位数及模式决定 指控制芯片完成指控制芯片完成D/A转换转换 功能的引脚，主要有：功能的引脚，主要有：CS、 WR、REF、CLOCK等等 指供应芯片能量的端口，分指供应芯片能量的端口，分 数字端口和模拟端口数字端口和模拟端口AVDD，

9、 DVDD，DGND和和AGND 随着芯片的智能化，方便使用者随着芯片的智能化，方便使用者 的调节与校准，出现了的调节与校准，出现了调整端口调整端口 15 几个常见的几个常见的D/A转换器实例转换器实例 数字端口数字端口 模拟端口模拟端口 控制端口控制端口 电源端口电源端口 AD5301 1 2 3 4 8 7 6 5 A0 A1 Vout VDDGND _ PD SDA SCL SDA 16 几个常见的几个常见的D/A转换器实例转换器实例 数字端口与控制端口数字端口与控制端口 时序关系时序关系 AD5301 1 2 3 4 8 7 6 5 A0 A1 Vout VDDGND _ PD SDA

10、 SCL SDA SCL SDA 有效有效有效有效有效有效无效无效无效无效 PD 此时，此时，Vout有转化的数据输有转化的数据输 出。出。 17 几个常见的几个常见的D/A转换器实例转换器实例 数字端口数字端口 模拟端口模拟端口 控制端口控制端口 电源端口电源端口 调整端口调整端口 1 AD5445 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Iout1 Iout2 GNDVDD DB11 DB10 DB9 DB8 DB7 DB6 DB5 DB0(LSB) DB1 DB2 DB3 DB4 _ CS _ /WR RFB VREF 18 几个常

11、见的几个常见的D/A转换器实例转换器实例 数字端口与控制端数字端口与控制端 口之间的关系。口之间的关系。 1 AD5445 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Iout1 Iout2 GNDVDD DB11 DB10 DB9 DB8 DB7 DB6 DB5 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 _ CS _ /RW RFB VREF data _ /WR _ CS 有效有效无效无效无效无效无效无效 19 D/A转换器的新发展转换器的新发展 数据存表数据存表 数据读取数据读取数据传输数据传输 数据转换数据转换 信号输出信号输出 MCU

12、控制，软件实现控制，软件实现 限制了转换速度限制了转换速度 硬件存表，软件选择实现硬件存表，软件选择实现DDS 提高速度提高速度 Direct Digital Synthsis 20 集成集成D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 集成集成D/A 转换器的转换器的 输出方式输出方式 1.单极性输出方式单极性输出方式 2.双极性输出方式双极性输出方式 指输入的数字量为最小到最大指输入的数字量为最小到最大 时输出电压全为正或全为负。时输出电压全为正或全为负。 指输入的数字量为最小到最大指输入的数字量为最小到最大 时输出电压部分为正部分为负。时输出电压部分为正部分为负。 21 集成D/A转换器的输出

13、方式 3.轨到轨输出方式轨到轨输出方式 指输入的数字量为最小到最大指输入的数字量为最小到最大 时输出电压几乎达到极值，偏时输出电压几乎达到极值，偏 差只有差只有0.05v左右。左右。 集成集成D/A 转换器的转换器的 输出方式输出方式 1.单极性 输出方式 2.双极性 输出方式 指输入的数字量为最小到最大时输出电压全为 正或全为负。 指输入的数字量为最小到最大时输出电压部分 为正部分为负。 输出电压的最大值与最小值总是达不到供应输出电压的最大值与最小值总是达不到供应 电压极值，存在大约电压极值，存在大约0.7v偏差。电压偏差偏差。电压偏差 达到达到0.7V。 7 . 0, 7 . 0 minm

14、ax GNDUVU oCCo 22 D/A转换器的小结 集成集成D/A 转换器转换器 1.输出类型输出类型 2.转换位数转换位数 3.转换原理转换原理 4.转换模式转换模式 5.输出方式输出方式 23 A/D转换转换 器的分类器的分类 8位位 输出位数输出位数 10位位 12位位 14位位 16位位 18位位 20位位 22位位 24位位 ADS7827 ADS5203 ADS2806 ADS5423 ADS1208 ADS8381 ADS1250 ADS1212 ADS1216 AD7819 AD7997 AD7476 AD7946 AD7660 AD7674 AD7703 AD7716 A

15、D7760 10.2Analog-to-digital converter 24 A/D转换转换 器的分类器的分类 1、积分型、积分型 是将输入电压转换位时间或频率，是将输入电压转换位时间或频率， 然后由定时器然后由定时器/计数器获得数字值。计数器获得数字值。 工作原理工作原理 优点：电路简单，获得的数据分辨率高。 缺点：转换精度依赖于积分时间，转换 速度低。 积分型种增加一级积分，变为双积分型。具积分型种增加一级积分，变为双积分型。具 有精度高，抗干扰能力强等优点。有精度高，抗干扰能力强等优点。 TLC7135 25 A/D转转 换器的换器的 分类分类 2.逐次逼近型逐次逼近型 3、并行比较

16、型、并行比较型 有一个比较器和有一个比较器和DA转换器，通过逐次转换器，通过逐次 比较逻辑构成，从比较逻辑构成，从MSB开始顺序对输开始顺序对输 入的模拟信号减去转换的数字量逐次入的模拟信号减去转换的数字量逐次 比较。比较。 采用多个比较器，仅作一次比较而实行采用多个比较器，仅作一次比较而实行 转换，该方法又称为转换，该方法又称为Flash型。型。 工作原理工作原理 第一位数字 减去第一 位数字 第二位数字 TLC0831 TLC5510 26 4.-调制型调制型 5.电容阵列逐次比较型电容阵列逐次比较型 - 型型ADC以很低的采样分辨率和很高的以很低的采样分辨率和很高的 采样速度将模拟信号数

17、字化，并通过使用过采样速度将模拟信号数字化，并通过使用过 采样噪声整型和数字滤波等方法增加有效分采样噪声整型和数字滤波等方法增加有效分 辨率辨率。 电容阵列逐次比较型电容阵列逐次比较型AD,在内置在内置DA转化器中转化器中 采用电容矩阵方式采用电容矩阵方式.也可称为电荷再分配型。也可称为电荷再分配型。 AD7701 AD7533 AD7762和和D7763 AD7760 6、压频变换型、压频变换型 是通过间接转换方式实现模数转换的。是通过间接转换方式实现模数转换的。 27 A/D转换转换 器的分类器的分类 1.串行数据输出串行数据输出 2.并行数据输出并行数据输出 输出数输出数 据方式据方式

18、3.串行串行-并行选用方式并行选用方式 4.串行串行-并行合用方式并行合用方式 AD9289 AD9288-100 AD7914 AD7760 28 A/D转转 换器的换器的 主要技主要技 术指标术指标 1.分辨率分辨率 2.转换误差转换误差 3.转换时间转换时间 4.取样率取样率 以转换的数字信号的位数为分辨率。以转换的数字信号的位数为分辨率。 指实际输出的数字量与理论上的输指实际输出的数字量与理论上的输 出数字量之间的差别。出数字量之间的差别。 指从转换控制信号到来开始，到输出指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需要的时间。端得到稳定的数字信号所需要的时间。 指每秒钟进

19、行模数转换的次数指每秒钟进行模数转换的次数。 5.电压抑制电压抑制 指输入的模拟电压不变时，由于电压的波动指输入的模拟电压不变时，由于电压的波动 引起的输出数字量的绝对变化值。引起的输出数字量的绝对变化值。 29 A/D转转 换器的换器的 端口端口 1.模拟输入端口模拟输入端口 2.数字端口数字端口 3.控制端口控制端口 4.状态端口状态端口 待转换为数字信号的进入端口。待转换为数字信号的进入端口。 将输入的模拟信号转换为计算机能将输入的模拟信号转换为计算机能 识别的信号端口。识别的信号端口。 决定模拟信号的转换、数字信号输决定模拟信号的转换、数字信号输 出的端口。出的端口。 表示状态的端口。表示状态的端口。 5.能量端口能量端口 保证芯片在合适条件下能正常工保证芯片在合适条件下能正常工 作的端口。作的端口。 30 常见的常见的A/D转换器转换器 模拟输入端口模拟输入端口 数字端口数字端口 控制端口控