《医学电子学第十章》ppt课件

1、第十章第十章 A/D和和D/A转换器转换器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 converter10.210.2、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TLC5620DAC1220DAC2902AD5390AD9763输出类型输出类型德州仪器德州仪器tiADI公司公司analogTLC公

2、司公司linear10.1Digital-to-analog converter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DAC5571DAC5574DAC5652DAC2904DAC1221DAC1220AD7224AD5315AD7390AD7840AD9779AD7111AD5680ADI公司公司analog德州仪器德州仪器ti任务原理任务原理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转换器转换器任务方式任务方式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

3、四.D/A转换器转换器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 1D/A转换过程是按照不同的权，转换不同大小的转换过程是按照不同的权，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，那么位，那么权为权为2n个个U1.电阻网络电阻网络D/A转换器转换器2I1I0I3IIRUIIIIIR16153210RUIR160RUIR81RUIR42RUIR23ROUU1615d0d1d2d3URs0s1s2s32R4R8R16RRA+

4、-U-U+Uo1.电阻网络电阻网络D/A转换器转换器2I1I0I3II03210IIIII00I01I02I03I0OUd0d1d2d3URs0s1s2s32R4R8R16RRA+-U-U+Uo1.电阻网络电阻网络D/A转换器转换器2I1I0I3IIRUIIIII16133210ROUU1613d0d1d2d3URs1s0s2s32R4R8R16RRA+-U-U+UoRUIR16001IRUIR42RUIR232.2.倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器RA+U-UOU2RR2RR2RR2R2RRUI2I8I4I16I2I1I0I3IROUU1615IIIIIII161532

5、10IIs0s1s2s3d0d1d2 d32.2.倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器RA+U-UOU2RR2RR2RR2R2RRUI2I8I4I16I2I1I0I3I0OU003210IIIIIIIs0s1s2s3d0d1d2 d32.2.倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器RA+U-UOU2RR2RR2RR2R2RRUI2I8I4I16I2I1I0I3IROUU1611IIIIIII16113210IIs2s0s1s3d0d1d2 d3D/A转换器的主要技术目的转换器的主要技术目的D/A转转换器的换器的主要技主要技术目的术目的分辨率分辨率转换误差转换误差

6、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践的指实践的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转换输入数组的次数。转换输入数组的次数。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

7、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，引脚多少由位数及方式决议脚多少由位数及方式决议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，DVDD，DGND和和AGND随着芯片的智能化，方便运用者随着芯片的智能化，方便运用者的调理与校准，出现了调整端口的调理与校准，出现了调整端口几个常见的几个常见的D/A转换器实例转换器实

8、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AD530112348765A0A1VoutVDDGND_PDSDASCLSDA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AD530112348765A0A1VoutVDDGND_PDSDASCLSDASCLSDA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。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1AD5445234567891011

9、121314151617181920Iout1Iout2GNDVDDDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB0(LSB)DB1DB2DB3DB4_CS_/WRRFBVREF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数字端口与控制端口之间的关系。口之间的关系。1AD5445234567891011121314151617181920Iout1Iout2GNDVDDDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB0DB1DB2DB3DB4_CS_/RWRFBVREFdata_/WR_CS有效有效无效无效无效无效无效无效D/A转换器的新开展转换器的新开展数据存表数据存

10、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

11、分为负。集成D/A转换器的输出方式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到达极值，偏时输出电压几乎到达极值，偏向只需向只需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偏向。电压偏向偏向。电压偏向到达到达0.7V。7 . 0, 7 . 0minmaxGND

12、UVUoCCoD/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.转换方式转换方式5.输出方式输出方式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ADS7827ADS5203ADS2806ADS5423ADS1208ADS8381ADS1250ADS1212ADS1216AD7819AD7997AD7476AD7946AD7660AD7674AD7703AD7716AD776010.2Analog-to-digital converterA/D转换转换器的分类器的分类

13、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。任务原理任务原理优点：电路简单，获得的数据分辨率高。缺陷：转换精度依赖于积分时间，转换速度低。积分型种添加一级积分，变为双积分型。具积分型种添加一级积分，变为双积分型。具有精度高，抗干扰才干强等优点。有精度高，抗干扰才干强等优点。TLC7A/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、并行比较型、并行比较型有一个比较器和有一个比较器和DA转换器，经过逐次转换器，经过逐次比较逻辑构成，从比较逻辑构成，从MSB开场顺序对输开场顺序对输入的模拟信号减去

14、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。任务原理任务原理第一位数字减去第一位数字第二位数字TLC0831TLC55104.-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字化，并经过运用过采样速度将模拟信号数字化，并经过运用过采样噪声整型和数字滤波等方法添加有效分采样噪声整型和数字滤波等方法添加有效分辨率。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

15、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。AD7701AD7533AD7762和和D7763 AD77606、压频变换型、压频变换型是经过间接转换方式实现模数转换的。是经过间接转换方式实现模数转换的。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 AD9289AD9288-100AD7914AD7760A/D转转换器的换器的主要技主要技术目的术目的1.分辨率分辨率2.转换误差转换误差3.转换时间转换

16、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。指实践输出的数字量与实际上的输指实践输出的数字量与实际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场，到输出指从转换控制信号到来开场，到输出端得到稳定的数字信号所需求的时间。端得到稳定的数字信号所需求的时间。指每秒钟进展模数转换的次数。指每秒钟进展模数转换的次数。5.电压制制电压制制指输入的模拟电压不变时，由于电压的动摇指输入的模拟电压不变时，由于电压的动摇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。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

17、字端口3.控制端口控制端口4.形状端口形状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。决议模拟信号的转换、数字信号输决议模拟信号的转换、数字信号输出的端口。出的端口。表示形状的端口。表示形状的端口。5.能量端口能量端口保证芯片在适宜条件下能正常任保证芯片在适宜条件下能正常任务的端口。务的端口。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制端口形状端口形状端口能量端口能量端口AD781912345678161514131211109VREFVINVDDGNDBUSYDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0_CNVST_CS_RD参考端口参考端口常见的常见的A/D转换器时序转换器时序AD781912345678161514131211109VREFVINVDDGNDBUSYDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0_CNVST_CS_RD_CNVST_CS_RDBUSY3.90v1