第11章数模和模数转换器

1、11.1 11.1 概述概述 11.2 11.2 数模转换器数模转换器 11.3 11.3 模数转换器模数转换器u数模转换器（简称数模转换器（简称D/A转换器或转换器或DAC）11.1 11.1 概述概述 能够将数字信号转换成模拟信号的电路。能够将数字信号转换成模拟信号的电路。u模数转换器（简称模数转换器（简称A/D转换器或转换器或ADC）能够将模拟信号转换成数字信号的电路。能够将模拟信号转换成数字信号的电路。ADCADC和和DACDAC是沟通模拟电路和数字电路的桥是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口，在各种梁，也可称之为两者之间的接口，在各种系统中应用很广。系统中应用很广

2、。非电模拟量非电模拟量电压模拟量电压模拟量ASADCASADCASADCAADCAADC数字控制数字控制或或计算电路计算电路（微机或单片机）（微机或单片机）DACDACDACDACDACUUUUU数字控制系统方框图传感器传感器执行单元执行单元传感器传感器(温度、压力、流温度、压力、流量等量等模拟量模拟量）A/D计算机计算机（数字量）（数字量）显示器显示器D/A执行部件执行部件（模拟量控制）（模拟量控制）打印机打印机自动测试系统方框图计算机系统只能处理数字信息，为了使它能够处理声音、计算机系统只能处理数字信息，为了使它能够处理声音、图像、视频等多媒体信息，音频、视频的采集和输出都离不开图像、视频

3、等多媒体信息，音频、视频的采集和输出都离不开ADC和和DAC电路。电路。声卡声卡声卡的外部连接声卡的外部连接一、一、D/A转换器的基本工作原理转换器的基本工作原理DAC实质上是一个译码器（解码器），实质上是一个译码器（解码器），将输入的二进制数字量转换成模拟量，将输入的二进制数字量转换成模拟量，并以电压或电流的形式输出。并以电压或电流的形式输出。11.2 11.2 D/A转换器转换器 D/A (MSB) (LSB) D0Dn-2Dn-1D1vO(iO)uDAC的输出特性的输出特性: DAC输出特性输出特性000000110110100111001111103579111315vO/kDI110

4、1DAC输出模拟量的大小与输输出模拟量的大小与输入数字量大小成正比：入数字量大小成正比：两个相邻数码转换出的电压值两个相邻数码转换出的电压值之间的差值，是信息所能分辨之间的差值，是信息所能分辨的最小量的最小量(1 LSB)；最大输入；最大输入数字量对应的输出电压值数字量对应的输出电压值(绝绝对值对值)用用FSR表示。表示。1 LSBLeast Significant BitFSRFull Scale RangeBONKu 将输入的每一位二进制代码将输入的每一位二进制代码按按其其权值权值大小大小转换转换成相应的模拟成相应的模拟量，然后将代表各位的量，然后将代表各位的模拟量相加模拟量相加，则所得的

5、总模拟量就与，则所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。1 1、数、数/ /模转换方法模转换方法：iinnnnDDDDDN22222-1n0i00112211B 2 2、D/AD/A转换器的一般构成转换器的一般构成 D/A转换器一般由转换器一般由数码缓冲寄存器数码缓冲寄存器、模拟电子开关模拟电子开关、参考电参考电压压、解码网络解码网络和和求和电路求和电路等组成。等组成。 数字量以串行或并行方式输入，并存储在数码缓冲寄存器数字量以串行或并行方式输入，并存储在数码缓冲寄存器中；寄存器的输出驱动对应数位上的电子开关，将在解

6、码网中；寄存器的输出驱动对应数位上的电子开关，将在解码网络中获得的相应数位的权值送入求和电路；求和电路将各位络中获得的相应数位的权值送入求和电路；求和电路将各位权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。n位数字位数字量输入量输入模拟量模拟量输出输出n 位位D/A转换器方框图转换器方框图数码缓冲数码缓冲寄存器寄存器n位数控位数控模拟开关模拟开关解码网络解码网络求和电路求和电路参考电压参考电压 按解码网络的结构不同，有按解码网络的结构不同，有权电阻网络权电阻网络DAC、倒倒T型电型电阻网络阻网络DAC、 权电流型权电流型DAC等。等。二、权电阻网络二、权电阻网络D

7、/AD/A转换器转换器“权电阻权电阻”：电阻值的大小与对应数字量的权重密切相关。电阻值的大小与对应数字量的权重密切相关。di = 1 时，时，Si 接接VREF ；di = 0 时，时，Si 接地接地 。“电子开关电子开关”：1、电路构成、电路构成VREF+- -uOd3d2d1d0I0I1I2I38R4R2RRIR / 2S0S1S2S3LSBMSB权电阻权电阻双向模拟开关双向模拟开关求和电路求和电路运放组成运放组成反相求和反相求和电路实现各支路电流相加并电路实现各支路电流相加并转换成电压输出。转换成电压输出。“求和电路求和电路”：运放组成反相求和电路实现各支路电流相加并运放组成反相求和电路

8、实现各支路电流相加并转换成电压输出。转换成电压输出。“求和电路求和电路”：二、权电阻网络二、权电阻网络D/AD/A转换器转换器2、工作原理、工作原理运放工作在线性区，运放工作在线性区，虚地，虚地， U- -=0。若若di=0， Si接地，接地， Ii=0若若di=1， Si接接VREF，I0=VREF8RI1=VREF4R“权电阻权电阻”：电阻值的大小与有关数字量的权重密切相关。电阻值的大小与有关数字量的权重密切相关。di = 1 时，时，Si 接接VREF ；di = 0 时，时，Si 接地接地 。“电子开关电子开关”：I = I3 + I2 + I1 + I0)248(80123ddddR

9、VIREF IRuO2 )248(160123ddddVREF BREFNV42 输入的输入的数字量数字量VREF+- -uOd3d2d1d0I0I1I2I38R4R2RRIR / 2S0S1S2S3LSBMSBI2=VREF2RI3=VREFR二、权电阻网络二、权电阻网络D/AD/A转换器转换器2、工作原理、工作原理VREF+- -uOd3d2d1d0I0I1I2I38R4R2RRIR / 2S0S1S2S3LSBMSBIRuO2 )248(160123ddddVREF BREFNV42 对于对于n位的位的DAC，输出电压的计算式为：，输出电压的计算式为：BnREFONVu2 3、电路特点：

10、、电路特点：（1）结构简单；）结构简单；（2）电阻的阻值相差）电阻的阻值相差较大，在位数多时，较大，在位数多时，很难保证精度。很难保证精度。输出电压的范围：输出电压的范围：REFnnV2120 单位单位电压电压K极性与参考电压相反。极性与参考电压相反。三、倒三、倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器1、电路构成、电路构成 解码电路中，电阻只有解码电路中，电阻只有R和和2R两种，并构成倒两种，并构成倒T型电阻网络。型电阻网络。当当di=1时，相应的开关时，相应的开关Si接到求和点；当接到求和点；当di=0时，相应的开关时，相应的开关Si接地。但由于接地。但由于虚短虚短，求和点和地相

11、连，所以不论开关如何转向，求和点和地相连，所以不论开关如何转向，电阻电阻2R总是与地相连总是与地相连。流经。流经2R电阻上的支路电流与开关状态电阻上的支路电流与开关状态无关。无关。求和点求和点虚地虚地 V2、工作原理、工作原理求和点求和点虚地虚地 从每个节点向左看，等效电阻均为从每个节点向左看，等效电阻均为2R；整个网络的等效输入电阻为整个网络的等效输入电阻为R。RVIREF 168420123IdIdIdIdI 流入求和点的总电流为：流入求和点的总电流为：流入求和点的电流为：流入求和点的电流为：运算放大器的输出电压为：运算放大器的输出电压为：BFREFFNRRVIRv 4O2BKN 即输出的

12、模拟电压即输出的模拟电压uO正比正比于输入的数字量于输入的数字量NB，从而实现，从而实现了从数字量到模拟量的转换。了从数字量到模拟量的转换。168420123IdIdIdIdI BREFREFRVddddRVIN16)(160123 V应用：它是目前集成应用：它是目前集成D/A转换器中转换速度较高且使用转换器中转换速度较高且使用 较多的一种，如较多的一种，如8位位D/A转换器转换器DAC0832，就是采用倒，就是采用倒 T型电阻网络。型电阻网络。3、倒、倒T型电阻网络型电阻网络DAC的特点：的特点：优点：电阻种类少，只有优点：电阻种类少，只有R和和2R，提高了制造精度；，提高了制造精度； 而且

13、支路电流同时流入求和点，不存在时间差，因而提而且支路电流同时流入求和点，不存在时间差，因而提 高了转换速度。高了转换速度。 四、权电流型四、权电流型D/A D/A 转换器转换器各支路恒流源的大小与对各支路恒流源的大小与对应数字量的权重成正比。应数字量的权重成正比。+- -uORF- -VREFS0S1S2S3i D0D1D2D316I8I4I2I若若Di=0， Si接地，接地，Ii不能加到运放输入端不能加到运放输入端若若Di=1， Si将对应的恒流将对应的恒流源加到运放输入端源加到运放输入端 iiiDII216 iIi)2222(1600112233DDDDI FORiu )2222(2001

14、122334DDDDIRF BFNIR42 对于对于n位的位的DAC：BnFONIRu2 BNK 五、五、D/A D/A 转换器转换器的主要技术指标的主要技术指标DAC的主要技术指标有：的主要技术指标有：转换精度转换精度、转换速度转换速度。1 1、分辨率、分辨率定义为定义为D/A转换器的模拟输出电压可能被分离的等级数。转换器的模拟输出电压可能被分离的等级数。05/75001 010 011 100 101 110 111vo/VD000n位位DAC有有2n个不同的模拟量个不同的模拟量输出值，即分辨率为输出值，即分辨率为2n，实际中通常用实际中通常用输入数字量的有输入数字量的有效位数效位数表示表

15、示DAC的分辨率，的分辨率，显然位数越多，分辨率越高。显然位数越多，分辨率越高。如如10位、位、8位等。位等。另外也用另外也用DACDAC的最小非零输出电压与的最小非零输出电压与最大输出电压最大输出电压之比之比来表示分辨率来表示分辨率: :121maxmin nooVV分辨率分辨率 DAC的转换精度通常用的转换精度通常用分辨率分辨率、转换误差转换误差来描述。来描述。2 2、转换误差、转换误差用最低有效位的倍数表示。用最低有效位的倍数表示。如：某个如：某个DAC的转换误差为的转换误差为1/2LSB，表示输出模拟电压与理论值之间的绝对误差小于等表示输出模拟电压与理论值之间的绝对误差小于等于输入数字

16、代码为于输入数字代码为001时输出电压的一半。时输出电压的一半。用输出电压满刻度的百分数表示。用输出电压满刻度的百分数表示。（1）造成转换误差的主要原因）造成转换误差的主要原因 ：参考电压参考电压 VREF的波动的波动 比例系数误差比例系数误差运算放大器的零点漂移运算放大器的零点漂移 失调误差失调误差模拟开关的导通内阻和导通电压模拟开关的导通内阻和导通电压电阻网络中的电阻值偏差等电阻网络中的电阻值偏差等转换误差指输出模拟电压的转换误差指输出模拟电压的实际值与理想值之差实际值与理想值之差的最大值。的最大值。 非线性误差非线性误差（2）转换误差的表示方法）转换误差的表示方法 ：如：如：1（FSR）

17、建立时间建立时间 tSet ：输入由全输入由全0变为全变为全1，输出电压与稳，输出电压与稳态值相差（态值相差（LSB/2)LSB/2)所需的时间。所需的时间。目前单片集成目前单片集成D/AD/A转换器（不包括运算放大器）的建立时转换器（不包括运算放大器）的建立时间最短达到间最短达到0.10.1微秒以内。微秒以内。这个参数的值越小越好这个参数的值越小越好 ，3 3、转换速度、转换速度当当DACDAC输入的数字量发生变化时，输输入的数字量发生变化时，输出的模拟量需要延迟一段时间后才能出的模拟量需要延迟一段时间后才能达到对应的稳态值，如图示。达到对应的稳态值，如图示。通常用建立时间来描述通常用建立时

18、间来描述DACDAC的转换速度。的转换速度。1.DAC08321.DAC0832结构框图结构框图 它由一个它由一个8位输入寄存器位输入寄存器、一个、一个8位位DAC寄存器寄存器和一个和一个8位位D/A转换器转换器三大部分组成，三大部分组成，D/A转换器采用转换器采用了了倒倒T型电阻解码网络型电阻解码网络。六、集成六、集成DAC0832DAC0832数字信号输入数字信号输入输入锁存允许信号输入锁存允许信号片选信号片选信号写信号写信号1写信号写信号2通道控制信号通道控制信号基准电压基准电压模拟输出电流模拟输出电流1模拟输出电流模拟输出电流2反馈电阻引出端反馈电阻引出端模拟地模拟地数字地数字地电源电

19、源(515V)(-10+10V)(接运放的反相端接运放的反相端)(接运放的同相端接运放的同相端)（采用（采用CMOS工艺制成的工艺制成的8位中速位中速D/A转换器）转换器） 8位位输入输入寄存器寄存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A转换器转换器UREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&RFBLELE1 1，跟随，跟随 0 0，锁存，锁存 当当ILE、CS和和WR1同时有效时，输入数据同时有效时，输入数据DI7DI0进入输入寄存器；并进入输入寄存器；并在在WR1的上升沿实现数据锁存。当的上升沿实现数据锁存。当WR2和和

20、XFER同时有效时，输入寄存器同时有效时，输入寄存器的数据进入的数据进入DAC寄存器；并在寄存器；并在WR2的上升沿实现数据锁存。八位的上升沿实现数据锁存。八位D/A转换电转换电路随时将路随时将DAC寄存器的数据转换为模拟信号（寄存器的数据转换为模拟信号（IOUT1+IOUT2）输出。）输出。 2 2、DAC0832DAC0832的三种工作方式的三种工作方式 ： （b b）单缓冲方式单缓冲方式：适于单个：适于单个DACDAC工作。寄存器工作。寄存器2 2作数据通道，此时只需一作数据通道，此时只需一次写操作，就开始转换，提高了次写操作，就开始转换，提高了D/AD/A的数据吞吐量。的数据吞吐量。（

21、a a）双缓冲方式双缓冲方式：采用二次缓冲方式，可在输出的同时，采集下一个数采用二次缓冲方式，可在输出的同时，采集下一个数据，提高了转换速度；也可在多个转换器同时工作时，实现多通道据，提高了转换速度；也可在多个转换器同时工作时，实现多通道D/A的同步转换输出。的同步转换输出。（c c）直通方式直通方式：输出随输入的变化随时转换。：输出随输入的变化随时转换。小小 结结u能够将数字信号转换为模拟信号的电路称为能够将数字信号转换为模拟信号的电路称为D/A转换器转换器(DAC)uDAC的电路结构形式主要有权电阻型、倒的电路结构形式主要有权电阻型、倒T型电阻网络及权型电阻网络及权 电流型，目前电流型，目

22、前TTL产品多为权电流型（精度高、速度快），产品多为权电流型（精度高、速度快）， CMOS产品多采用倒产品多采用倒T型电阻网络（功耗低）。型电阻网络（功耗低）。uDAC的模拟输出电压与输入的二进制数成正比，其通式为：的模拟输出电压与输入的二进制数成正比，其通式为：BONKV uDAC的主要技术为转换精度和转化速度的主要技术为转换精度和转化速度转换精度用分辨率和转换误差表示；转换精度用分辨率和转换误差表示；转换速度用建立时间来表示。转换速度用建立时间来表示。【例例1】已知某已知某8位位D/A转换器的输入为转换器的输入为11010001时，输出时，输出VO=2.09V，求输入为，求输入为00111

23、100时的输出电压值。时的输出电压值。VNVKBO01. 0)11010001(09. 2211 VNKVBO6 . 06001. 022 BONKV 解：解：DAC的模拟输出电压的通式为：的模拟输出电压的通式为： 11. 3 模模/数数 转换器转换器 ( ADC )二、并联比较型二、并联比较型ADC三、逐次渐近型三、逐次渐近型ADC五、五、A / D 转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 一、一、A/D转换原理转换原理四、双积分型四、双积分型ADC六、集成六、集成ADC0809因为输入的模拟量在时间上是连续的，因为输入的模拟量在时间上是连续的，一、一、A/D转换原理转换原理在在A / D

24、转换中，转换中，而输出的数字信号是离而输出的数字信号是离 散量，散量，系列选定的瞬间对输入的模拟信号采样，系列选定的瞬间对输入的模拟信号采样，值转换为输出的数字量值转换为输出的数字量 。A / D 转换过程包括四个步骤转换过程包括四个步骤 ：所以进行转换时只能在一所以进行转换时只能在一然后再把这些采样然后再把这些采样0tui将取样得到的电压转换为相应的数字量需要一定的时间，将取样得到的电压转换为相应的数字量需要一定的时间，所以取样后必须把取样电压保持一段时间，以保证完成所以取样后必须把取样电压保持一段时间，以保证完成A/D转换。转换。取样取样保持保持量化量化编码编码vIDO 取样（也称采样）是

25、将时间上连续变化的信号，取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号，转换为时转换为时间上离散的信号间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。fi(t)fO(t)S(t)S(t)取样脉冲取样脉冲 fO(t) 样值脉冲输出样值脉冲输出fi(t)模拟输入模拟输入为了保证能从采样信号为了保证能从采样信号将原信号恢复，要求：将原信号恢复，要求：fS ： 采样频率采样频率 ； fi max ： vi 的的最高最高频率频率分量分量。max2iSff 采样定理采样定理在工程设计

26、中通常取：在工程设计中通常取：max53iSff）（ 模拟信号经采样后，得到一系列模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲样值脉冲。采样脉冲宽度。采样脉冲宽度一一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。一般取样与保持过程取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。一般取样与保持过程都是同时完成的。都是同时完成的。在采样脉冲在采样脉冲S(t)到来的时间到来的时间内，内，VT导通，导通， vI向电容向电容C充电，假充电，假定充电时间远小于定充电时间远小于，则：则：vO(t) vC(t) vI(t)。（采样）（采样）

27、采样结束，采样结束，VT截止，电容无放电回路，输出电压得以保截止，电容无放电回路，输出电压得以保持，直到下一个采样脉冲到来为止。持，直到下一个采样脉冲到来为止。（保持）（保持）取样保持电路取样保持电路vO- -+ +vICS(t)采样门采样门跟随器跟随器tvOvI采采样样保保持持采采样样保保持持采采样样保保持持采采样样保保持持采采样样保保持持数字信号不仅在时间上是离散的，数字信号不仅在时间上是离散的，而且数值大小的变化而且数值大小的变化这就是说，这就是说，是某个规定的最小数量单位的整数倍。是某个规定的最小数量单位的整数倍。因此因此 ， 在进行在进行 A / D 转换时也必须把采样电压化为这个转

28、换时也必须把采样电压化为这个这个转化过程就叫做这个转化过程就叫做 “量化量化”。所取的最小数量单位叫做所取的最小数量单位叫做量化单位量化单位，显然，数字信号最低有效位的显然，数字信号最低有效位的“1”代表的数量就等于代表的数量就等于 。把量化的结果用代码把量化的结果用代码 (二进制或二二进制或二 十十 进制进制 )表示出来，表示出来，称为称为 “ 编码编码 ” ，也是不连续的。也是不连续的。任何一个数字量的大小只能任何一个数字量的大小只能最小单位最小单位 的整数倍。的整数倍。用用“ ”表示。表示。这些代码就是这些代码就是A/D转换的输出结果。转换的输出结果。由于模拟电压是连续的，它不一定能被由

29、于模拟电压是连续的，它不一定能被 整除，整除，因而量化过程不可避免地会引入误差因而量化过程不可避免地会引入误差“量化误差量化误差”。量化误差为原理误差，是不可消除的，位数越大，误差越小。量化误差为原理误差，是不可消除的，位数越大，误差越小。采用不同方法划分量化电平，会有不同的误差。采用不同方法划分量化电平，会有不同的误差。（1）舍尾取整法）舍尾取整法当当vI的尾数的尾数时，舍尾取整。时，舍尾取整。01V1/82/83/84/85/86/87/801234567000001010011100101110111这种方法这种方法0， 000 000 011 101 100 001 |maxV8/1

30、（2）四舍五入法）四舍五入法当当vI的尾数的尾数 /2时，舍尾取整。时，舍尾取整。这种方法这种方法可正可负，可正可负，当当vI的尾数的尾数 /2时，舍尾入整。时，舍尾入整。2/|max 000 000 011 101 100 001000 001 100 110 100 01001V1/153/155/157/159/1511/1513/1501234567000001010011100101110111V15/2 A/D转换器有转换器有直接转换法直接转换法和和间接转换法间接转换法两大类。两大类。 直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比较，从而

31、直接将模拟量转换成数字量。其特点是工作较，从而直接将模拟量转换成数字量。其特点是工作速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。直接速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。直接A/D转换器有转换器有并联比较型并联比较型、逐次渐进型逐次渐进型等。等。 间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量时间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量时间间t或频率或频率f, 然后再将然后再将t或或f转换成数字量。其特点是工转换成数字量。其特点是工作速度较低，但转换精度可以做得较高，且抗干扰性作速度较低，但转换精度可以做得较高，且抗干扰性强。间接强。间接A/D转换器有转换器有单次积分型单次积分型、双积分型双积分

32、型等。等。 A/D转换器的分类、特点及应用转换器的分类、特点及应用分类分类特点特点应用应用并联比较型并联比较型速度最快，但设速度最快，但设备成本较高，精备成本较高，精度也不易做高度也不易做高数字通信技术和高速数字通信技术和高速数据采集技术数据采集技术逐次渐近型逐次渐近型工作速度中等，工作速度中等，精度也较高，成精度也较高，成本较低本较低中高速数据采集系统、中高速数据采集系统、在线自动检测系统、在线自动检测系统、动态测控系统动态测控系统积分型积分型精度可以做得很精度可以做得很高，抗干扰性能高，抗干扰性能很强，速度很慢很强，速度很慢数字仪表（数字万用数字仪表（数字万用表、高精度电压表）表、高精度电

33、压表）和低速数据采集系统和低速数据采集系统- -11DC1Q1- -21DC1Q2- -31DC1Q3- -41DC1Q4- -51DC1Q5- -61DC1Q6- -71DC1Q7VREFVICPI1I2I3I4I5I6I7D0D1D2RRRRRRRR/2二、并联比较型二、并联比较型ADC优优先先编编码码器器寄存器寄存器比较器比较器1315VREF1115VREF 915VREF 715VREF515VREF315VREF115VREFREFV152 REFV151|max 输入输出关系表输入输出关系表P531表表11.3.7例：设例：设VREF=10V，当输入为当输入为5V时，时，输出的数

34、字量？输出的数字量？0 00 00 01 11 11 11 1901570155015301510151101513015100100（1）优点优点：转换速度很快，故又称高速转换速度很快，故又称高速A/D转换器。转换器。含有寄存器的含有寄存器的A/D转换器兼有取样保持功能，所以它转换器兼有取样保持功能，所以它可以不用附加取样保持电路。可以不用附加取样保持电路。（2）缺点缺点：电路电路复杂，对于一个复杂，对于一个n位二进制输出的并位二进制输出的并联比较型联比较型A/D转换器，需转换器，需n- -1个电压比较器和个电压比较器和2n - -1个个触发器，编码电路也随触发器，编码电路也随n的增大变得相

35、当复杂。且转的增大变得相当复杂。且转换精度还受分压网络和电压比较器灵敏度的限制。换精度还受分压网络和电压比较器灵敏度的限制。 （3）应用应用：适用于高速，适用于高速， 精度较低的场合精度较低的场合。 并联比较型并联比较型A/D转换器的特点：转换器的特点：设待秤重量设待秤重量 Wx = 13克，克，逐次渐近型逐次渐近型ADC的工作原理可用天平秤重过程来说明：的工作原理可用天平秤重过程来说明：若有四个砝码共重若有四个砝码共重15克，克， 每个重量分别为每个重量分别为 8、4、2、1克克 。可以用下表步骤来秤量可以用下表步骤来秤量 ：第第1次次加加8克克 砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ，8

36、 克克第第2次次加加4克克砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ，12 克克第第4次次砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ，加加1克克13 克克故故保留保留故故保留保留故故撤除撤除故故保留保留砝码重砝码重暂时结果暂时结果 结结 论论（一）电路组成（一）电路组成n位位ADC完成一次完成一次A/D转换所需的时间为（转换所需的时间为（n+2）TCP。（二）（二）A/D转换过程转换过程转换前寄存器清零；转换前寄存器清零；将寄存器最高位置将寄存器最高位置1 1；输出数据为输出数据为1001000 0，该数码经该数码经DACDAC转换成转换成vO，将将vI与与vO进行比较，进行比较， vO vI ，

37、最高位的，最高位的1清除；清除；将寄存器次高位置将寄存器次高位置1 1；输出数据为输出数据为10100 0， 重复。重复。比较完毕后，将寄存器中的比较完毕后，将寄存器中的数据送到输出端。数据送到输出端。复位，回到转换前的初始状态。复位，回到转换前的初始状态。D/A转换器转换器vI+- -vO数据寄存器数据寄存器移位寄存器移位寄存器D7D0启动启动脉冲脉冲控控制制逻逻辑辑VREFCP（二）逐次渐近型（二）逐次渐近型ADC的特点的特点 双积分型双积分型ADC的转换原理是先将模拟电压的转换原理是先将模拟电压UI转换成与其转换成与其大小成正比的时间间隔大小成正比的时间间隔T，再利用基准时钟脉冲通过计数

38、器，再利用基准时钟脉冲通过计数器将将T变换成数字量。变换成数字量。 放放电电；闭闭合合，接接，复复位位，启启动动：CSS00)1(0I1A10LvQQQvn 次次积积分分。次次积积分分结结束束，开开始始第第，第第接接，使使。直直至至计计数数器器产产生生进进位位打打开开，计计数数器器开开始始计计数数使使门门积积分分，断断开开，开开始始对对变变为为高高电电平平后后，次次积积分分：第第21VS1QG1, 0S1)2(REF1ACI0 VVvvOL InREFIBVVVN2/为为转转换换结结果果。计计数数器器中中所所存存的的数数字字即即封封锁锁，计计数数停停止止，此此时时，门门时时，上上升升；当当积积

39、分分，使使次次积积分分：对对第第G002)3(C VVVVOOREF02 RCTNVRCTVCPBREFCPnIOVCV（1）性能稳定，转换精度高。）性能稳定，转换精度高。 其转换结果与时间常数其转换结果与时间常数RC无关，从而消除了由于斜波无关，从而消除了由于斜波 电压非线性带来的误差，允许积分电容在一个较宽范围电压非线性带来的误差，允许积分电容在一个较宽范围 内变化，而不影响转换结果。内变化，而不影响转换结果。（2）电路简单，抗干扰能力强。）电路简单，抗干扰能力强。 由于输入信号积分的时间较长，且是一个固定值由于输入信号积分的时间较长，且是一个固定值T1，而，而 T2正比于输入信号在正比于

40、输入信号在T1内的平均值，这对于叠加在输内的平均值，这对于叠加在输 入信号上的干扰信号有很强的抑制能力。入信号上的干扰信号有很强的抑制能力。（3）这种）这种A/D转换器不必采用高稳定度的时钟源，它只要转换器不必采用高稳定度的时钟源，它只要 求时钟源在一个转换周期（求时钟源在一个转换周期（T1+T2）内保持稳定即可。）内保持稳定即可。 这种转换器被广泛这种转换器被广泛应用于要求精度较高而转换速度要应用于要求精度较高而转换速度要 求不高的仪器中求不高的仪器中。 1、分辨率、分辨率mVVV44. 2409610102112 分辨率分辨率= 例如，例如，A/D转换器的输出为转换器的输出为12位二进制数

41、，最大输入模拟位二进制数，最大输入模拟信号为信号为10V，则其分辨率为：，则其分辨率为： 分辨率指分辨率指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力。从理论上转换器对输入模拟信号的分辨能力。从理论上讲，一个讲，一个n位二进制数输出的位二进制数输出的A/D转换器应能区分输入模拟电转换器应能区分输入模拟电压的压的2n个不同量级，能区分输入模拟电压的最小差异为个不同量级，能区分输入模拟电压的最小差异为（满量程输入的（满量程输入的1/2n）。）。 naxV2Im分分辨辨率率（分分解解度度）ADC的主要技术指标有转换精度和转换速度。的主要技术指标有转换精度和转换速度。 2. 转换误差转换误差 它表示它表示A/

42、D转换器实际输出的数字量和理论上输出的数转换器实际输出的数字量和理论上输出的数字量之间的差别。常用字量之间的差别。常用最低有效位的倍数最低有效位的倍数表示。表示。例如，转换误差例如，转换误差 。就表明实际输出的数字量和。就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。LSB21 3、转换时间、转换时间 转换时间转换时间是指是指A/D转换器从接到转换启动信号开始，到输转换器从接到转换启动信号开始，到输出端获得稳定的数字信号所经过的时间。出端获得稳定的数字信号所经过的时间。 A/D转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型，不同转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型，不同类型类型A/D转换器的转换速度相差很大。转换器的转换速度相差很大。双积分型双积分型ADC的转换速度的