第21章数模及模数转换器

1、Analog Digital Converter and Digital Analog Converter9.1 D/A转换器转换器9.2 A/D转换器转换器9 模数与数模转换器模数与数模转换器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、掌握倒倒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转换器的工作原理及相关计算。转换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。教学基本要求教学基本要求A/DA/D 转换器转换器 D/A

2、D/A 转换器转换器 模拟模拟 控制器控制器 工业生产过程控制对象工业生产过程控制对象 模模 拟拟 传感器传感器 ADC和和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。将温度、压力、流将温度、压力、流量、应力等物理量量、应力等物理量转换为模拟电量。转换为模拟电量。计算机进行数字处计算机进行数字处理（如计算、滤理（如计算、滤波）、保存等波）、保存等用模拟量作为用模拟量作为控制信号控制信号数字控制数字控制 计算机计算机概述概述9.1 D/A转换器转换器9.1.1 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.

3、4 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式9.1.3 权电流权电流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9.1.6 D/A转换器的应用转换器的应用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 。n n位位数字量数字量概述概述DAC9.1 D/A转换器转换器模拟量模拟量数数 / / 模转换器模转换器: :A = K D O = K NB 数字量是用代码按数位组合而成的，数字量是用代码按数位组合而成的， 对于有权码，每位对于有权码，每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量

4、，成相应的模拟量， 然后，将这些模拟量相加，即可得到与数然后，将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，字量成正比的模拟量， 从而实现数字量从而实现数字量-模拟量的转换。模拟量的转换。1 1、实现实现D/A转换的基本思想转换的基本思想 NDb424b323b222b121b020 124123022021120将二进制数将二进制数ND(11001)B转换为十进制数。转换为十进制数。9.1.1 D/A转换的基本原理转换的基本原理2 2、D/A转换器的组成转换器的组成 数数码码 寄寄存存器器 n n位位模模拟拟开开关关 解解码码 网网络络 求求和和 电电路路 基基准准电电压压 n n位位数

5、数字字量量输输入入 模模拟拟量量 输输出出 DAC的数字数据可以并行输入也可串行输入的数字数据可以并行输入也可串行输入 用来存用来存放在数字寄存放在数字寄存器中的数字量器中的数字量的各位数码的各位数码 由输入数由输入数字量控制字量控制产生权电流产生权电流 将权电流将权电流相加产生与输相加产生与输入成正比的模入成正比的模拟电压拟电压 i Rf=R vO S0 VREF + S1 S2 S3 + 基基准准电电压压 电电子子开开关关 R R /2 R /4 R /8 求求和和电电路路 (LSB) D2 D3 (MSBD0 D1 锁锁存存器器 数数字字量量输输入入 电电阻阻网网络络 i0 i1 I2

6、i2 i3 A 模模拟拟量量输输出出 3 3、实现实现D/A转换的原理电路转换的原理电路)iiii (R0123O fvRDVi33REF8 RDVi224REF R RD D2V2V1REF 1iRDVi0REF0 iiiODV)DDDD(V222223000112233 REFREFv，, 4 4、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

7、关型DAC ECL电流开关型电流开关型DAC D/A 转转换换器器9.1.2 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 D2 D3 S0 S1 S2 S3 i 2R 2R 2R (LSB) (MSB) 8I 16I 4I 2I I 2R + R R R I/16 I/8 I/4 I/2 Di=0, Si则将电阻则将电阻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 根据

8、运放线性运用时虚地的概念可知，无论模拟开关根据运放线性运用时虚地的概念可知，无论模拟开关Si处于处于何种位置，与何种位置，与Si相连的相连的2R电阻将接电阻将接“地地” 或虚地或虚地。 1、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 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D/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：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

9、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 R流入运放的总电流：流入运放的总电流： i I0 + I1 + I2 + I3)DDDD(RVREF132231402222输出模拟电压：输出模拟电压： 30i4)2D(2VRRRiiiREFffO (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 2

10、R 2R 2R 2R 2R 8I 16I 4I 2I R R R I +VREF + 8I 16I 4I 2I D/A转换器的倒转换器的倒T形电阻网络形电阻网络4 4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的输出模拟电压：的输出模拟电压：n 1iREFfOin0(2 )2iVRDR REFfn,2VRKR令：令：n 1iBi0(2 )iND则则 O = K NB 在电路中输入的每一个在电路中输入的每一个二进制数二进制数NB，均能得到与之成正比，均能得到与之成正比的模

11、拟电压输出。的模拟电压输出。 D/A转换器的倒转换器的倒T形电阻网络形电阻网络AD7533D/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阻 ， 也可采用外接电阻也可采用外接电阻2 2、集成集成D/A转换器转换器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 关于关于D/A转换器精度

12、的讨论转换器精度的讨论(1) 基准电压稳定性好；基准电压稳定性好；(2) 倒倒T形电阻网络中形电阻网络中R和和2R电阻阻值的精度要高；电阻阻值的精度要高；(4) 运放的零点漂移要小。运放的零点漂移要小。为进一步提高为进一步提高D/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) 每个模拟开关的开关电压降要相等，为实现电流从高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位到低位按2 2的整数倍递减，模拟开关的导通电阻

13、也相应的整数倍递减，模拟开关的导通电阻也相应地按地按2 2的整数倍递增。的整数倍递增。Di =1时，开关时，开关S Si i接运放的反相端接运放的反相端; ; Di= 0时，开关时，开关S Si i接地接地。 9.1.3 权电流权电流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 + 1、4位权电流位权电流D/A转换器转换器用恒流源代替倒用恒流源代替倒T T型电阻网络型电阻网络 在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样

14、降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。)D16ID8ID4ID2I(RRi0123 ffO )2D2D2D2D(R2I001122334 f 30ii42DR2Iif (LSB) D2 D3 (MSB) i Rf O D0 D1 S0 S1 S2 S3 8I 16I 4I 2I VREF + 1、4位权电流位权电流D/A转换器转换器2 2、实际的权电流、实际的权电流D/A转换器电路转换器电路REF32O32401110(222)22ffR Vi RDDRDD电压恒定电压恒定各各BJT的的 发射发射结电压相等结电压相等基准电流产生电路基准

15、电流产生电路 (MSB) D1 D0 (LSB) i Rf O D3 D2 S3 S2 S1 S0 8I 16I 4I 2I VREF + A1 R1 + A2 IBB IEC IEO IE1 IE2 IE3 IREF Tr T3 T2 T1 T0 TC R 2R 2R 2R 2R 2R R R R VEE I = IREF =1RREFV 偏偏 置置 电电 流流 16I + + +- -9.1.4 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式单极性输出方式：当数字量为正值，根据电路形式或基准单极性输出方式：当数字量为正值，根据电路形式或基准电压的极性，使输出电压值为电压的极性，使输出电压值为0正满

16、度值，或为正满度值，或为0负满度负满度值；单极性输出方式，数字输入量采用自然二进制码。值；单极性输出方式，数字输入量采用自然二进制码。双极性输出方式：把不同极性的二进制数字量转换为正负双极性输出方式：把不同极性的二进制数字量转换为正负极性的模拟电压的方式；双极性输出方式，数字输入量常极性的模拟电压的方式；双极性输出方式，数字输入量常采用采用2的补码和偏移二进制码。的补码和偏移二进制码。9.1.4 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 256255REFV 256129REFV 256128REFV 256127REFV 2561REFV 2560REFV8位位D/A转换器在单极性输出时的输入

17、转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 数字量数字量MSB LSB9.1.4 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式反相输出反相输出fORi 同相输出同相输出)R/R1(Ri12O 常用双极性编码常用双极性编码256/VREFLSB 2562222181BREFREFREFREFBREFONVVVVNV )( 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

18、转换换器器 i 1 双极性输出双极性输出D/AD/A转换器转换器原码的原码的2 2的补码的补码)D.DD(RVi778REF1102229.1.5 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：其定义为分辨率：其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。分离的等级数。n位位DAC最多有最多有2n个模拟输出电压。个模拟输出电压。位数越多位数越多D/A转换器的分辨率越高。转换器的分辨率越高。 分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比给出。电压之比给出。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

19、示为121n1、分辨率、分辨率2、转换精度：、转换精度：o转换精度是指对给定的数字量，转换精度是指对给定的数字量，D/A转换器实转换器实际值与理论值之间的最大偏差。际值与理论值之间的最大偏差。o产生原因：由于产生原因：由于D/A转换器转换器中各元件参数值存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影响。零漂等各种因素的影响。o几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差和非线性误差等和非线性误差等3、转换速度：、转换速度：o当输入的数字量发生变化时，输出的模拟量并当输入的数字量发生变化时，

20、输出的模拟量并不能立即达到所对应的量值，它要延迟一段时不能立即达到所对应的量值，它要延迟一段时间，一般用建立时间和转换速率来描述。间，一般用建立时间和转换速率来描述。o在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用温度每升高化产生的变化量。一般用温度每升高1C，数，数出电压便花的百分数来表示。出电压便花的百分数来表示。4、温度系数：、温度系数：9.1.6 集成集成D/A转换器的应用转换器的应用1、 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

21、2R 2R 2R - + RF IOUT1 IOUT2 VREF AD7533 D2 D7 OD0 D1 2R 2R 2R 2R R R R D8 D9 R R R I2R 2R 2R - + RF IOUT1 IOUT2 VREF O - + R IOUT2I IOUT1 倒倒T形电阻网络形电阻网络RDDDvRvOI109911002/ )2.22(/OVIA)2.22/(299110010DDDIout1out1 I0 0 + I1 1 + I2 2 + I9 9RDDDVREF109911002/ )2.22(1OUTIIR/v 根据虚断有根据虚断有:REFOV 如何构成衰减器？如何构成

22、衰减器？2、 脉冲波产生电路脉冲波产生电路 vO Q0 Q1 Q2 Q3 CP D0 D1 D2 D3 10V & CR CEP CET PE 1 74LS163 + A Rf IOUT1 IOUT2 D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9 VREF AD7533 19.5 39.1 58.5 78 97.5 117 136.5 156 175.5 vO /mV D 140 100 60 20 0000 t CP 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 0000 74163具同步清零功能具同步清零功能74163和与非门构成十进制计数器

23、：和与非门构成十进制计数器：00001001*9.2.6 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 并行比较型并行比较型A/D转换器转换器9.2.3 逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器*9.2.4 双积分式双积分式A/D转换器转换器9.2.5 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标概概 述述ADCDnD0输出数字量输出数字量I 输入模拟电压输入模拟电压能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。1. A/D功能功能:9.2 A/D 转换器转换器 并联比较

24、型并联比较型特点特点: 转换速度快转换速度快,转换时间转换时间 10ns 1 s, 但电路复杂。但电路复杂。 逐次逼近型逐次逼近型特点特点: 转换速度适中转换速度适中,转换时间为几转换时间为几 s 100 s, 转换精度高，转换精度高，在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡。 双积分型双积分型 特点特点: 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,但抗干扰能力最强。但抗干扰能力最强。2. A/D2. A/D转换器分类转换器分类取取样样时间上离散的信号时间上离散的信号保持、量化保持、量化量值上也离散的信号量值上也离散的信号编

25、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。1、取样与保持、取样与保持 采样是将随时间连续变化的采样是将随时间连续变化的模拟量转换为在时间离散的模拟模拟量转换为在时间离散的模拟量量。 采样信号采样信号S(t)的频率愈高，的频率愈高，所采得信号经低通滤波器后愈能所采得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。合理的采真实地复现输入信号。合理的采样频率由采样定理确定样频率

26、由采样定理确定。 采样定理：设采样信号采样定理：设采样信号S(t)的频的频率为率为fs，输入模拟信号，输入模拟信号 I(t)的最的最高频率分量的频率为高频率分量的频率为fimax，则应，则应满足满足 fs 2fimax。S(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 I t O t t6 t5 t4 t3 t2 t1 t0 0 (b) 波形图 采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定的值，在取样

27、电路后要求将所采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保持一段时间。样的模拟信号保持一段时间。采样（采样（S闭合）闭合）保持（保持（S断开）断开）取样与保持取样与保持电路及工作原理电路及工作原理 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 一般采样和保持同时完成一般采样和保持同时完成2、量化与编码、量化与编码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。采样保持电路的输出电压还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，任何数字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

28、是量只能是某个最小数量单位某个最小数量单位的整数倍。这个最小量化单位用的整数倍。这个最小量化单位用表示，它是数字信号最低位为表示，它是数字信号最低位为1 1时所对应的模拟量。时所对应的模拟量。量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码（二进制代量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码（二进制代码或其他代码）表示出来。经编码后得到的代码就是码或其他代码）表示出来。经编码后得到的代码就是A/D转转换器输出的数字量。换器输出的数字量。 量化量化3、编码、编码在量化过程中由于所采样电压不一定能被在量化过程中由于所采样电压不一定能被 整除，所以量化前整除，所以量化前后一定存在误差，此误差我们称之为量化

29、误差，用后一定存在误差，此误差我们称之为量化误差，用 表示。表示。量化误差属原理误差，它是无法消除的。量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/D转换器的位数越转换器的位数越 多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。 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4 4、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5 5、量化方式、量化方式LSB1max V8701V86V85V84V83V82V811111101011000110100010000=0

30、 v7=7/8 v6=6/8 v5=5/8 v4=4/8 v3=3/8 v2=2/8 v1=1/8 v输入信号输入信号编码编码量化后量化后电压电压a ) 只舍不入量化方式只舍不入量化方式:量化中把不足一个量化单位的部分舍弃；量化中把不足一个量化单位的部分舍弃；对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。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1/8V=1LSB= 1/8 V例：将例：将01V电压转换为电压转换为3位二进制代码位二进制代码b )四舍五入量化方式四舍五入量化方式:量化过程将不足半个量化单位部分舍弃，量化过程将不

31、足半个量化单位部分舍弃，对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。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：011111101011000110100010000=0 v7=14/15 v6=12/15 v5=10/15 v4=8/15 v3=6/15 v2=4/15v1=2/15 v输入信号输入信号编码编码模拟模拟电平电平V1513V1511V159V157V155V153V1512LSBmax =1LSB= 2/15 V2LSBmax 1/15V例：将例：将01V电压转换为电压转换为3位二进制代码位二进制代码9.2

32、.2 并行比较型并行比较型A/D转换器转换器 R I VREF VREF 13 15 R CP VREF 11 15 R R R VREF 3 15 VREF 1 15 R R R/2 + C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + C7 C01 C02 C03 C04 C05 C06 C07 1D C1 Q I1 1D C1 Q I2 1D C1 Q I3 1D C1 Q I4 1D C1 Q I5 1D C1 Q I6 1D C1 Q I7 D0 D1 D2 优优先先编编码码器器 (LSB(M SB)0 电压比较器电压比较器输入模拟输入模拟电压电压精密电阻精密电阻网络网络精

33、密参考精密参考电压电压VREF/153VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/155VREF/1513VREF/15输出数输出数字量字量1、电路组成、电路组成 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 C 1 Q I1 1 D C 1 Q I2 1 D C 1 Q I3 1D C 1 Q I4 1D C 1 Q I5 1D C 1 Q I6 1D C 1 Q I7 D0 D1 D2 优优先先编编码码器器 (

34、L S B )D0 (M S B)0 VI=8VREF/1511110000019VREF/15 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/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 0 13VR

35、EF/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 根据各比较器的参考电压值，可以确定输入模拟电压值根据各比较器的参考电压值，可以确定输入模拟电压值与各比较器输出状态的关系。比较器的输出状态由与各比较器输出状态的关系。比较器的输出状态由D D触发器存触发器存储，经优先编码器编码，得到数字量输出。储，经优先编码器编码，得到数字量输出。 3、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同时加到所有比同时

36、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。所以它的转输入时刻同时获得的。所以它的转换时间最短。换时间最短。 缺点是电路复杂，如三位缺点是电路复杂，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。单片集成并行比较型单片集成并行比较型A/D转换器的产品很多，如转换器的产品很多，如AD公司的公司的AD9012 (TTL工艺工艺8位位)、AD9002 (ECL工艺，工艺，8位位)、AD9020 (TTL工艺，工艺，10位位)等

37、。等。 所加砝码所加砝码重量重量 结果结果 9.2.3 逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似 。第一次第一次8 克克砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ，8克砝码保留克砝码保留8 克克第二次第二次再加再加4克克砝码总重仍砝码总重仍 待测重量待测重量Wx ， 2克砝码撤除克砝码撤除12 克克第四次第四次再加再加1克克砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ， 1克砝码保留克砝码保留13 克克1. 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。设待秤重量设待秤重量Wx = 13

38、克。克。1. 转换原理转换原理 I 启动脉冲启动脉冲 CP 时钟时钟 电压电压 比较器比较器 控制逻控制逻辑电路辑电路 移位寄位器移位寄位器 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 D/A 转换器转换器 O VREF D0 D1 Dn-2 Dn-1 1 0 0 0 1 0 0 0 5V I 5V 1 I=6.84VVREF=10V第一个第一个CP：1.1.转换原理转换原理 第二个第二个CP： I 启动脉冲启动脉冲 CP 时钟时钟 电压电压 比较器比较器 控制逻控制逻辑电路辑电路 移位寄位器移位寄位器 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

39、输出 D/A 转换器转换器 O VREF D0 D1 Dn-2 Dn-1 0 1 0 0 1 1 0 0 7.5V10 I 7.5V I=6.84VVREF=10V1. 转换原理转换原理 第三个第三个CP： I 启动脉冲启动脉冲 CP 时钟时钟 电压电压 比较器比较器 控制逻控制逻辑电路辑电路 移位寄位器移位寄位器 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 D/A 转换器转换器 O VREF D0 D1 Dn-2 Dn-1 0 0 1 0 1 0 1 0 6.25V I 6.25V 101 A=6.84VVREF=10V10000000 A=6.84VVREF=10

40、V1 10 01 10 01 11 11 11 1110000001010000010110000101010001010110010101110101011117. 500 00 6.25 00 6. 8750 6. 5625 6 .71875 6 .796875 6 .835937 0 .00 5.00 00 10 s CP 启动脉冲启动脉冲 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 O V 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 转换时间转换时间 = 80 s t / s 小结：小结：1、 逐次比较型逐次比较型A/D转换器输出数字量的位数越转换器输出数字量的位数越多转换精度越高；多

41、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，转换所需时间越短少，时钟频率越高，转换所需时间越短； 9.2.4 双积分式双积分式A/D转换器转换器1、双积分式双积分式A/D转换器的基本指导思想转换器的基本指导思想 对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而然后利用时钟脉冲和计数器测出此

42、时间间隔，进而得到相应的数字量输出。双积分式得到相应的数字量输出。双积分式A/D转换器也称转换器也称为电压时间数字式积分器为电压时间数字式积分器 。 + + + I S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FF1 QQn-1 QFF1 FF1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP Cr Dn-1 D1 D0 & 数字量输数字量输C A B G G n 级计数器级计数器 定定时时信信号号 (MSB) (LSB) Tc A 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计数器计数器时钟脉冲控制器时钟脉冲控制器 +

43、+ + I S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FF1 QQn-1 QFF1 FF1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP Cr Dn-1 D1 D0 & 数字量输数字量输C A B G G n 级计数器级计数器 定定时时信信号号 (MSB) (LSB) Tc 0 00 00 00 00 0 Cr信号将计数器清零；开关信号将计数器清零；开关S2闭合，待积分电容放电完毕闭合，待积分电容放电完毕后，断开后，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、工作原理准备阶段：准备阶段： tdt0IO1 经过

44、经过2n个个CP11TVI (2) 第一次积分：第一次积分： t = t0时，开关时，开关S1与与A端相接，积分器开始对端相接，积分器开始对 I积分。积分。经经2n个个CP后后,开关切换到开关切换到B， ，=VP。第一积分时间为第一积分时间为2nTC + + + I S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FF1 QQn-1 QFF1 FF1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP Cr Dn-D1 D0 & C A B G G n 级级计计数数器器 定定时时信信号号 VREF加到积分器的输入端，积分器反方向进行第二次积

45、分；加到积分器的输入端，积分器反方向进行第二次积分；当当t=t2时积分器输出电压时积分器输出电压 O0，比较器输出，比较器输出 C=0，时钟脉冲控，时钟脉冲控制门制门G被关闭，计数停止。被关闭，计数停止。(3) (3) 第二次积分：第二次积分： + + + I S1 S2 R FFn S1 VREF O C 1 FF1 QQn-1 QFF1 FF1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP Cr Dn-D1 D0 & C A B G G n 级级计计数数器器 定定时时信信号号 S1 Qn 0 0 O 0 C 0 C 0 T1 T2 t1 t2 + I VREF T1 T2 P t t t t t T1=2nTC1112nCPTTVVV OI01tdt 21O2pREF1( )()0tttVVdtnREF2CI2VTTVnC2IREF2 TTVV T2= Tc n2IcREF2TVTVT2=t1 t2 在计数器所计的数