数字电路 康华光(第五版)ch9数模与模数转换器

1、1Analog to Digital Converter9.1 D/A转换器转换器9.2 A/D转换器转换器9 数模与模数转换器数模与模数转换器Digital toAnalog Converter2 3、正确理解、正确理解D/A、A/D转换器的主要参数。转换器的主要参数。 1、掌握倒、掌握倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器(DAC)、集成、集成D/A转换转换器的工作原理及相关计算。器的工作原理及相关计算。 2、掌握并行比较、逐次比较、双积分、掌握并行比较、逐次比较、双积分A/D转换器转换器(ADC)的工作原理及其特点。的工作原理及其特点。本章要求本章要求39.1 D/A转换器转换器9.

2、1.1 D/A转换的基本原理转换的基本原理9.1.2 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器9.1.5 D/A转换器的技术指标转换器的技术指标9.1.3 权电流权电流D/A转换器转换器9.1.4 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式9.1.6 D/A转换器的应用转换器的应用4n n位位数字量数字量DAC模拟量模拟量数数 / / 模转换器模转换器: :将数字量转换为与之成正比模拟量将数字量转换为与之成正比模拟量 。NB O = K ND 9.1.1 D/A转换的基本原理转换的基本原理5基本思想：基本思想：将输入二进制数中为将输入二进制数中为“1”每一位代码每一位代码按其权的大小转换成相应

3、的模拟量，按其权的大小转换成相应的模拟量， 然后，将这然后，将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，量， 从而实现从而实现数字量数字量-模拟量的转换模拟量的转换。1、实现、实现D/A转换的基本思想转换的基本思想 NDb424b323b222b121b020 124123120将二进制数将二进制数(11001)B ND转换为十进制数。转换为十进制数。6 i Rf=R vO S0 VREF + S1 S2 S3 + R R /2 R /4 R /8 (LSB) D2 D3 (MSBD0 D1 锁锁存存器器 i0 i1 I2 i2 i3 A 2、实

4、现、实现D/A转换的原理电路转换的原理电路)(0123fOiiiiRvRDVi33REF8RDVi224REFRDV2i1REF1RDVi0REF0iiiODVDDDDV2)2222(3000112233REFREFv基准电压基准电压电子开关电子开关数字量输入数字量输入解码网络解码网络求和电路求和电路模拟量输出模拟量输出73、 D/A转换器的组成转换器的组成 数码数码 寄存器寄存器 n 位模位模拟开关拟开关 解码解码 网络网络 求和求和 电路电路 基准电压基准电压 n 位数字位数字量输入量输入 模拟量模拟量 输出输出 用存放在数用存放在数字寄存器中的字寄存器中的数字量的各位数字量的各位数码数码

5、由输入数字由输入数字量控制量控制 产生权电流产生权电流将权电流相将权电流相加产生与输入加产生与输入成正比的模拟成正比的模拟电压电压84、D/A转换器的分类转换器的分类:按解码网络按解码网络结构分类结构分类 T型电阻网络型电阻网络DAC倒倒T形电阻网络形电阻网络DAC权电流权电流DAC 权电阻网络权电阻网络DAC 按模拟电子开按模拟电子开关电路分类关电路分类 CMOS开关型开关型DAC双极型开关型双极型开关型DAC 电流开关型电流开关型DAC ECL电流开关型电流开关型DAC D/A 转转换换器器99.1.2 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器 vO Rf +VREF 2R D0 D1

6、 D2 D3 S0 S1 S2 S3 i 2R 2R 2R (LSB) (MSB) 2R + R R R I0 I1 I2 I3 Di=0, Si接运算放大器同相端，将电阻接运算放大器同相端，将电阻2R接地接地Di=1, Si接运算放大器反相端，电流接运算放大器反相端，电流Ii流入求和电路流入求和电路 电阻网络电阻网络模拟电子开关模拟电子开关求和运算放大器求和运算放大器输输出出模模拟拟电电压压输入输入4位二进制数位二进制数4位倒位倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器基准电压基准电压10D/A转换器的倒转换器的倒T形电阻网络形电阻网络基准电源基准电源VREF提供的总电流为：提供的总电流为：

7、I =？流过各开关支路的电流：流过各开关支路的电流：I3 =？I2 =？ I1 =？ I0 =？ 2R 2R 2R 2R 2R R R R VREF I A B C D A B C D RVIREF I/4I/8I/16RRRRI/2I/4I/8I/16I/2I3I2I1I0流入每个流入每个2R电阻的电流从高位到低位按电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。的整数倍递减。I3= VREF / 2RI2= VREF / 4RI1= VREF / 8RI0= VREF /16 R11i I0 D0 + I1 D1 + I2 D2 + I3 D3 )2222(13223140REFDDDDRV30i

8、i4REFffO)2(2iDVRRRi (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 2R 2R 2R 2R 2R 1I 0I 2I 3I R R R I +VREF + 8I 16I 4I 2I )2222(2332211004REFDDDDRV124位倒位倒T T形电阻形电阻网络网络DAC的输出模拟电压：的输出模拟电压： Ofi R 3ifREFi40(2 )2iRVDR n 位倒位倒T T形电阻网络形电阻网络DAC有：有： n 1iREFfOin0(2 )2iVRDR REFfn,2VRKR令：令：则则 O = K ND 在电路中输入的每一个在电路

9、中输入的每一个二进制数二进制数NB，均能得到与之成，均能得到与之成正比的模拟电压输出。正比的模拟电压输出。 10ii)2(niDDN13关于关于D/A转换器精度的讨论转换器精度的讨论 (1) 基准电压精度高、稳定性好；基准电压精度高、稳定性好； (2) 倒倒T形电阻网络中形电阻网络中R和和2R电阻比值的精度要高；电阻比值的精度要高； (4) 每个模拟开关的开关电压降要相等。为实现电流从每个模拟开关的开关电压降要相等。为实现电流从高位到低位按高位到低位按2的整数倍递减，模拟开关的导通电阻也的整数倍递减，模拟开关的导通电阻也相应地按相应地按2的整数倍递增。的整数倍递增。为进一步提高为进一步提高D/

10、A转换器的精度，可采用权电流型转换器的精度，可采用权电流型D/A转换器。转换器。 n 1iREFfOin0(2 )2iVRDR 为提高为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求：转换器的精度，对电路参数的要求： (3) 运放的零点漂移小；运放的零点漂移小；14Di =1时，开关时，开关Si接运放的反相端接运放的反相端; Di= 0时，开关时，开关Si接地接地。 9.1.3 权电流权电流D/A转换器转换器4位权电流位权电流D/A转换器转换器 (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 8I 16I 4I 2I VREF + 15 在恒流源电路在恒流源电路

11、中，各支路权电中，各支路权电流的大小均不受流的大小均不受开关导通电阻和开关导通电阻和压降的影响，这压降的影响，这样降低了对开关样降低了对开关电路的要求，提电路的要求，提高了转换精度。高了转换精度。)16842(0123ffODIDIDIDIRRi)2222(200112233f4DDDDRI30if422iiDRI (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 8I 16I 4I 2I VREF + 16256255REFV256129REFV256128REFV256127REFV2561REFV2560REFV8位位D/A转换器在单极性输出时的输入转

12、换器在单极性输出时的输入/输出关系输出关系000000001000000011111110000000011000000111111111模拟量模拟量 MSB 数字量数字量 LSB9.1.4 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式1. 单极性电压输出单极性电压输出17 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 O VREF Rf + A 8 位倒位倒 T形电阻形电阻 网络网络 D/A 转换器转换器 i 1. 单极性电压输出单极性电压输出反相输出反相输出70ii8REFfO)2(2iDVRR18 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 O VREF R - + A 8 位倒位倒 T

13、形电阻形电阻 网络网络 D/A 转换器转换器 i R1 R2 iRRRR121O)(1. 单极性电压输出单极性电压输出同相输出同相输出19常用双极性编码及输出模拟量常用双极性编码及输出模拟量-1280000000000000001-128-1271000000010000001-127 -11111111011111111-1000000001000000000110000001100000001 12601111111011111101261271111111111111110127 0/VLSBD0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7模拟量模拟量偏移二进制码偏移二进

14、制码2的补码的补码十十进进制制数数2. 双极性电压输出双极性电压输出RRVVfREFLSB8220 REF1O21Vv D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 2R1 O VREF 1 R=Rf R1 R1 + + A1 A2 NB 8 位位倒倒 T 形形电电阻阻 网网络络 D/A 转转换换器器 i 1 219.1.5 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 分辨率也可用输入数字量的位数分辨率也可用输入数字量的位数n来表示，位数越来表示，位数越多多D/A转换器的分辨率越高。转换器的分辨率越高。 分辨率还可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之分辨率还可以用能分辨的最小输出电压

15、与最大输出电压之比给出。比给出。n位位D/A转换器的分辨率可表示为转换器的分辨率可表示为121n1、转换精度、转换精度o分辨率分辨率定义为定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离转换器模拟输出电压可能被分离的等级数，的等级数，n位位D/A转换器最多有转换器最多有2n个不同的模拟量输个不同的模拟量输出，其分辨率为出，其分辨率为2n 。分辨率反映了。分辨率反映了D/A转换器输入模转换器输入模拟量微小变化的分辨能力。拟量微小变化的分辨能力。22产生原因：产生原因：由于由于D/A转换器中各元件参数值存在误差，如转换器中各元件参数值存在误差，如基准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的基准电压不够稳

16、定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。影响。几种转换误差：几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差和非线性误有如比例系数误差、失调误差和非线性误差等。差等。o转换误差转换误差转换器实际能达到的转换精度。转换器实际能达到的转换精度。指对给指对给定的数字量，定的数字量，D/A转换器实际值与理论值之间的最大偏转换器实际值与理论值之间的最大偏差。差。232、转换速度、转换速度o建立时间建立时间tset 是在输入数字量各位由全是在输入数字量各位由全0变为全变为全1，或由，或由全全1变为全变为全0，输出电压达到规定误差范围所需的时间。，输出电压达到规定误差范围所需的时间。o转换速率转换速率SR即输入数字量

17、的各位由全即输入数字量的各位由全0变为全变为全1，或，或由全由全1变为变为0时，输出电压时，输出电压vo的变化率。的变化率。3、温度系数、温度系数 指输入信号不变的情况下，输出模拟电压随温度变化指输入信号不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。产生的变化量。24AD7520 D/A转换器转换器 D2 D7 O D0 D1 2R 2R 2R 2R R R D8 D9 R R R 2R 2R 2R + R IOUT1 IOUT2 VREF AD7520 RF 10K 10K 20K 使用使用: :1)1)要外接运放要外接运放 2)2)运放的反馈电阻可使用内部电阻运放的反馈电阻可使用内部电

18、阻 ， 也可采用外接电阻也可采用外接电阻10位位CMOS电流开关型电流开关型D/A转换器转换器 9iREFfOi100(2 )2iVRDR 9.1.6 集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用259.1.6 集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用AD7520 的引脚图的引脚图26 vO Q0 Q1 Q2 Q3 CP D0 D1 D2 D3 10V & CR CEP CET PE 1 74LS163 + A Rf IOUT1 IOUT2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 VREF AD7520 9.8 19.5 29.3 39.1 48.8 58.6 68

19、.45 78.1 87.9 vO /mV D 70 50 30 10 0000 t CP 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 0000 74163和与非门构成十进制计数器：和与非门构成十进制计数器：00001001应用举例应用举例1、锯齿波产生电路、锯齿波产生电路27应用举例应用举例2、数字式可编程增益控制电路、数字式可编程增益控制电路 D2 D7 O D0 D1 2R 2R 2R 2R R R R D8 D9 R R R I 2R 2R 2R - + RF IOUT1 IOUT 2 VREF 28 O - + R IOUT2I IOUT1

20、 倒倒T形电阻网络形电阻网络 D2 D7 OD0 D1 2R 2R 2R 2R R R R D8 D9 R R R I2R 2R 2R - + RF IOUT1 IOUT2 VREF OVIA)2.22/(299110010DDD)2.22(299110010DDDRvRvoi iRvI根据虚短、虚断有根据虚短、虚断有:901022iiivDA299.2.6 集成集成A/D转换器及其应用转换器及其应用9.2 A/D 转换器转换器9.2.1 A/D转换的一般工作过程转换的一般工作过程9.2.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标9.2.3 并并行比较型行比较型A/D转换器转换器9.2

21、.4 逐逐次比较型次比较型A/D转换器转换器9.2.5 双积分式双积分式A/D转换器转换器30保持、量化保持、量化取取样样时间上离散的信号时间上离散的信号量值上也离散的信号量值上也离散的信号编码编码模拟信号模拟信号时间上和量值上都连续时间上和量值上都连续数字信号数字信号时间上和量值上都离散时间上和量值上都离散9.2.1 A/D转换的一般工作过程转换的一般工作过程 A/D转换器一般要包括转换器一般要包括取样，取样， 保持，量化及编码保持，量化及编码4个过程。个过程。311. 取样与保持取样与保持 取样取样是将随时间连续变化的模是将随时间连续变化的模拟量转换为在时间离散的模拟量拟量转换为在时间离散

22、的模拟量。 取样信号取样信号S(t)的频率愈高，所采的频率愈高，所采得信号经低通滤波器后愈能真实得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。合理的采样频地复现输入信号。合理的采样频率由取样定理确定。率由取样定理确定。 取样定理：取样定理：设采样信号设采样信号S(t)的的频率为频率为fs，输入模拟信号，输入模拟信号 I(t)的的最高频率分量的频率为最高频率分量的频率为fimax，则，则 fs 2fimaxS(t)=1:开关闭合开关闭合S(t)=0:开关断开开关断开 O(t) I(t) TG S(t) 0 0 0 O (t) S(t) I (t) t t t TS 32 I t O t t6 t5

23、 t4 t3 t2 t1 t0 0 将取样电路取得的信号转换为数字信号需要一定时间，将取样电路取得的信号转换为数字信号需要一定时间，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定的值，在取样电为了给后续的量化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要求将所采样的模拟信号路后要求将所采样的模拟信号保持保持一段时间。一段时间。取样取样保持保持 I A1 A2 S CH 开开关关驱驱 动动电电路路 采采样样保保持持 控控制制电电路路 O 332. 量化与编码量化与编码量化：量化：数字信号在数值上是离散的。采样数字信号在数值上是离散的。采样保持电路的输保持电路的输出电压还需按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上

24、，出电压还需按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上，任何数字量只能是某个最小数量单位的整数倍。任何数字量只能是某个最小数量单位的整数倍。量化误差量化误差 ：量化前的电压与量化后的电压差。量化前的电压与量化后的电压差。两种近似量化方式：两种近似量化方式：只舍不入量化方式；只舍不入量化方式； 四舍五入的量化方式。四舍五入的量化方式。 量化单位量化单位 ：最小数量单位。最小数量单位。34（1） 只舍不入量化方式只舍不入量化方式 把不足一个量化单位的把不足一个量化单位的部分舍弃；部分舍弃； 对于等于或大于一个量对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单化单位部分按一个量化单位处理。位处理。11111

25、01011000110100000010(V)01/8(V)12/8(V)23/8(V)34/8(V)45/8(V)56/8(V)67/8(V)7输入信号二进制代码代表的模拟电压值1V7/8V6/8V5/8V4/8V3/8V2/8V1/8V0编码：编码：量化后的数值最后还需量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就出来。经编码后得到的代码就是是A/D转换器输出的数字量。转换器输出的数字量。 35输入信号1111101011000110100000011V01/16V3/16V5/16V7/16V9/16V11/16V二进制代码代表的模拟电

26、压值0(V)02/16(V)14/16(V)26/16(V)38/16(V)410/16(V)512/16(V)614/16(V)713/16V（2）四舍五入量化方式）四舍五入量化方式 将不足半个量化单位部将不足半个量化单位部分舍弃，分舍弃， 对于等于或大于半个量对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单化单位部分按一个量化单位处理。位处理。361.转换精度转换精度 9.2.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标分辨率分辨率: 说明说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。转换器对输入信号的分辨能力。 通常以输出二进制通常以输出二进制(或十进制或十进制)数的位数表示。数的位数表示。 转

27、换误差：转换误差：表示表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的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。输出数字量之间的差别。 2.转换时间转换时间 指指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到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。稳定的数字信号所经过的时间。37并行比较型并行比较型逐次逼近型逐次逼近型电压电压-时间时间(VT)型型双积分型双积分型A/D转换器转换器直接型直接型间接型间接型A/D转换器的分类转换器的分类反馈比较型反馈比较型计数型计数型电压电压-频率频率(VF)型型389.2.3 并行比较型并行比较型A/D转换器转换器 R I

28、 VREF R CP R R R R R R/2 + C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + C7 C01 C02 C03 C04 C05 C06 C07 1D CQ I1 1D CQ I2 1D CQ I3 1D CQ I4 1D CQ I5 1D CQ I6 1D CQ I7 D0 D1 D2 优优先先编编码码器器 (LSB)(M SB) 电压比较器电压比较器输入模拟输入模拟电压电压电阻分压器电阻分压器基准电压基准电压VREF/153VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/155VREF/1513VREF/15输出数字量输出数字量寄存器寄存器优先编码

29、器优先编码器39 R I VR E F R C P R R R R R R /2 + C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + C7 C0 1 C0 2 C0 3 C0 4 C0 5 C0 6 C0 7 1 D CQ I1 1 D CQ I2 1 D CQ I3 1 D CQ I4 1 D C1 Q I5 1 D CQ I6 1 D CQ I7 D0 D1 D2 优优先先编编码码器器 (L S B )D0 (M S B ) 001vI=8.2VVREF/153VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/155VREF/1513VREF/15VREF=15V1V

30、3V7V9V11V5V13V40 I = 8.2VVREF = 15V100012DDDV8Ov量化方式：量化方式：四舍五入法四舍五入法最大量化误差为：最大量化误差为：21max输出数字量：输出数字量：量化单位：量化单位： = 2VREF/15 =2V对应模拟电压：对应模拟电压：量化误差：量化误差： -0.2V41 vI CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 D2 D1 D0 7VREF/15 vI 9VREF/15 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 9VREF/15 vI 11VREF/15 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 5VREF/15 vI 7VREF/

31、15 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 3VREF /15 vI 5VREF/15 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 11VREF/15 vI 13VR/15 0 1 1 1 1 1 1 1 1 013VREF/15 vI VREF 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 VREF/15 vI 3VREF/15 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 vI VREF/15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 三位并行三位并行A/D转换器输入与输出关系对照表转换器输入与输出关系对照表42电路特点：电路特点：在并行在并行A/D转换器中，输入电压转换器中，输入电压 I同时加到所有

32、比同时加到所有比较器的输入端。如不考虑各器件的延迟，可认为三较器的输入端。如不考虑各器件的延迟，可认为三位数字量是与位数字量是与 I输入时刻同时获得的。所以它的输入时刻同时获得的。所以它的转转换时间最短换时间最短。 缺点是缺点是电路复杂电路复杂，如三位，如三位ADC需需7个比较器、个比较器、7个个触发器、触发器、8个电阻。位数越多，电路越复杂。个电阻。位数越多，电路越复杂。为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾，可以采为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾，可以采取分级并行转换的方法。取分级并行转换的方法。 439.2.4 逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器与用天平称物重非常相似与用天平称物重

33、非常相似 。第一次第一次8g8g mx ，8g第二次第二次第三次第三次第四次第四次转换原理转换原理 所用砝码重量：所用砝码重量：8克、克、4克、克、2克和克和1克克设待秤物体重量设待秤物体重量mx = 13克克砝码总重量砝码总重量暂时结果暂时结果 比较判断比较判断 保留保留8g + 4g =12g12g mx ，12g撤去撤去8g + 4g +1g =13g13g mx ，13g保留保留44 I 启动脉冲启动脉冲 CP 电压电压 比较器比较器 控制逻控制逻辑电路辑电路 环形计数器环形计数器 数据寄存器数据寄存器 模拟模拟 量输入量输入 数字数字 量输出量输出 4 位位 D/A转换器转换器 O

34、VREF D0 D1 D2 D3 1 0 0 0 1 0 0 0 I 4V 1 I = 5.52VVREF = 8V第一个第一个CP：vo, = 4V45 I 启动脉冲启动脉冲 CP 电压电压 比较器比较器 控制逻控制逻辑电路辑电路 环形计数环形计数器器 数据寄存器数据寄存器 模拟模拟 量输入量输入 数字数字 量输出量输出 4 位位 D/A转换器转换器 O VREF D0 D1 D2 D3 0 I = 5.52V0 1 0 0 1 1 0 0 I 5V 1VREF = 8Vvo, = 5V1第三个第三个CP：47 I 启动脉冲启动脉冲 CP 电压电压 比较器比较器 控制逻控制逻辑电路辑电路 环

35、形计数环形计数器器 数据寄存器数据寄存器 模拟模拟 量输入量输入 数字数字 量输出量输出 4 位位 D/A转换器转换器 O VREF D0 D1 D2 D3 0 I = 5.52V0 0 0 1 1 0 1 1 I 5.5V 1VREF = 8Vvo, = 5.5V11第四个第四个CP：481000 I = 5.52VVREF = 8V1 10 01 11 11100101010110.005.505.006.00 4.00CP 启动脉冲启动脉冲 D3 D2D1D0vo, 8 7 654 3 2 10 转换时间转换时间 = 4TCP t /m s 输出数字量转换完毕 ,10110123DDDD

36、V5 . 5对应模拟电压Ov只舍不入量化方式只舍不入量化方式最大量化误差为：最大量化误差为：最小量化单位：最小量化单位：1max= VREF/1649电路特点：电路特点： 1、 逐次比较型逐次比较型A/D转换器输出数字量的位数转换器输出数字量的位数越多转换精度越高；越多转换精度越高； 2、逐次比较型、逐次比较型A/D转换器完成一次转换所需转换器完成一次转换所需时间与其位数时间与其位数n和时钟脉冲频率有关，位数愈少，和时钟脉冲频率有关，位数愈少，时钟频率越高，转换所需时间越短。时钟频率越高，转换所需时间越短。 509.2.5 双积分式双积分式A/D转换器转换器转换的基本思想：转换的基本思想： 在

37、某一固定的时间内，对输入模拟电压求积在某一固定的时间内，对输入模拟电压求积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔；间隔； 然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。进而得到相应的数字量输出。又称为又称为电压时间变换型电压时间变换型(简称简称VT型型) 。51 + + + I S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FFn-1 1 QQn-1 Qn FF1 1 FF0 1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP CR

38、Dn-1 D1 D0 & C A B G G n 位位计数器计数器 定定时时器器 (MSB) (LSB) Tc C 1、电路组成、电路组成积分器积分器过零比较器过零比较器时钟脉冲时钟脉冲控制门控制门计数器计数器定时器定时器52 + + + I S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FFn-1 1 QQn-1 Qn FF1 1 FF0 1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP CR Dn-1 D1 D0 & C A B G G n 位位计数器计数器 定定时时器器 (MSB) (LSB) Tc C 0 0CR信号

39、将计数器清零；信号将计数器清零；开关开关S2闭合，待电容放电完毕后，断开闭合，待电容放电完毕后，断开S2 使电容的初始电压为使电容的初始电压为0。2、工作原理、工作原理（1 1）准备阶段：准备阶段：0 00 00 00 00 053 + + + I S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FFn-1 1 QQn-1 Qn FF1 1 FF0 1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP CR Dn-1 D1 D0 & C A B G G n 位位计数器计数器 定定时时器器 (MSB) (LSB) Tc C tdt0IO1经

40、过经过2n个个CP(2) 第一次积分：第一次积分：IcnPVTVtv2)(1OcnTT21tVI10 0 1 11 154 + + + I S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FFn-1 1 QQn-1 Qn FF1 1 FF0 1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP CR Dn-1 D1 D0 & C A B G G n 位位计数器计数器 定定时时器器 (MSB) (LSB) Tc C 积分器输出电压积分器输出电压 O=0时，比较器输出时，比较器输出 C=0，时钟脉冲控制，时钟脉冲控制门门G被关闭，计数停止。被

41、关闭，计数停止。(3) 第二次积分：第二次积分：0O0 0ttREFPdtVV1)(1O55 S1 Qn 0 0 O 0 C 0 C 0 T1 T2 t1 t2 + I VREF T1 T2 VP t t t t t T1=2nTC1112nCPTTVVV 21O2pREF1( )()0tttVVdtnREF2CI2VTTVnC2IREF2 TTVV T2= Tc n2IcREF2TVTVT2= t2 t1 在计数器所计的数在计数器所计的数 =Qn-1Q1Q0，就是，就是A/D转换器得到的转换器得到的数字量数字量。vG56电路特点：电路特点：1. 由于转换结果与时间常数无关，因此由于转换结果与

42、时间常数无关，因此R、C元器元器件参数的变化对转换精度的影响基本可以忽略。件参数的变化对转换精度的影响基本可以忽略。2. 由于双积分由于双积分A/D转换器在转换器在T1时间内采的是输入电时间内采的是输入电压的平均值，因此具有很强的抗工频干扰的能力。压的平均值，因此具有很强的抗工频干扰的能力。 3. 只要求时钟源在一个转换周期时间内保持稳定只要求时钟源在一个转换周期时间内保持稳定即可。即可。n2IcREF2TVTV4. 转换速度慢转换速度慢, 转换时间转换时间 几百几百 s 几几ms。579.2.6 集成集成A/D转换器及其应用转换器及其应用ADC0809是是CMOS单片型逐次逼近单片型逐次逼近式式A/D转换器，转换