数字电子技术课件第七章数模与模数转换电路详解

数字电子技术课件第七章数模与模数转换电路详解演示文稿现在是1页\一共有30页\编辑于星期六（优选）数字电子技术课件第七章数模与模数转换电路现在是2页\一共有30页\编辑于星期六二、常见数模、模数转换器应用系统举例压力传感器温度传感器流量传感器四路模拟开关数字控制计算机DAC……模拟控制器模拟控制器液位传感器DAC…DAC…模拟控制器模拟控制器生产控制对象

DACADC物理量二进制信号模拟信号三、A

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D、D

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A转换器的精度和速度精度保证转换的准确性速度保证适时控制现在是3页\一共有30页\编辑于星期六7.1D/A转换器（DAC）7.1.1D/A转换的基本要求1.D

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A转换思路…d0d1dn-1DACuO或iOn位二进制如(1101)2可利用运算放大器实现运算2.转换特性DuO/V7654321001010011100101110111一、输入、输出关系框图现在是4页\一共有30页\编辑于星期六二、D/A转换的电路组成RRR2R2R2R2RUREFS0S1S2d0d0d1d2d1d2电子开关电阻网络求和运放当d2d1d0=100,II

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2I

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4I

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8I/2I=UREF/RuO三、工作原理现在是5页\一共有30页\编辑于星期六当d2d1d0=110,IRRR2R2R2R2RUREFuOI

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2I

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4I

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8现在是6页\一共有30页\编辑于星期六当d2d1d0=111,IRRR2R2R2R2RUREFuOI

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2I

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4I

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8表达的一般形式现在是7页\一共有30页\编辑于星期六四、输入为n位二进制数时的表达式当D=dn-1dn-2

…d1

d0

Ku—转换比例系数现在是8页\一共有30页\编辑于星期六7.1.2DAC的转换精度、速度和主要参数一、转换精度指D/A转换器模拟输出产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比，也可用输入的位数表示。为实际输出与理想输出模拟电压间的最大误差。ULSBUFSR=12n–1分辨率=LSB

—LeastSignificantBit2.转换误差可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最低有效位（LSB）的倍数表示。如:½（LSB）=输入为0…01时输出模拟电压的一半。1.分辨率（Resolution）FSR

—FullScaleRange现在是9页\一共有30页\编辑于星期六二、转换速度1.建立时间tsts为在大信号工作下（输入由全0变为全1，或由全1变为全0）,输出电压达到某一规定值所需时间

。不包含UREF和运放的单片DAC最短ts<0.1s；包含UREF和运放的单片DAC最短t

s<1.5s。2.转换速率SR用大信号工作状态下模拟电压的变化率表示TTR=ts+

tr（tf）上升时间下降时间完成一次转换所需时间TTR（max）=ts+UO（max）/SR现在是10页\一共有30页\编辑于星期六三、主要参数D/A转换器5G7520的主要参数参数名称单位参数值分辨率位10非线性度全量程的%≤0.05%转换时间ns≤500UREFV–25+25电源电压V515功耗mW

20温度系数电源FSR10–6/ºC50增益FSR10–6/ºC10非线性FSR10–6/ºC2现在是11页\一共有30页\编辑于星期六四、集成DAC芯片举例1.5G7520的电路结构UREFIO1IO2d45G752012345678161514131211109VDDd3d2d1d0d5d6d7d8d9RfGNDuORIO1参考电压源，可正可负。现在是12页\一共有30页\编辑于星期六2.应用电路单极性输出uOUREFIO1IO25G7520223416151413VDDd0

d9Rf1–VEERRW1RW2RW3输入从00000000001111111111变化时，uO从0（1023

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1024）UREF输出与输入的关系数码输入模拟输出d9d8d7d6d5d4d3d2d1d0uO1111111111

1111111110…00000000010000000000–（1023/1024）UREF–（1022/1024）UREF

…–（1/1024）UREF0UREF>0，uO<0现在是13页\一共有30页\编辑于星期六3.分辨率单极性输出：分辨率分辨率

=5G7520为10位D

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A转换器，分辨率

=当UREF

=

10V时，最小输出电压

uO

=9.76mV双极性输出：对于5G7520分辨率=当UREF

=

10V时，最小输出电压uO=19.6mV现在是14页\一共有30页\编辑于星期六7.2A/D转换器（ADC）7.2.1A/D转换的一般步骤和取样定理一、模拟量到数字量的转换过程uI(t)CADC的量化编码电路dn-1d1d0…uI(t)S模拟量数字量量化编码取样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。保持：保持取样信号,使有充分时间将其变为数字信号。取样保持（S

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H—Sample

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Hold）现在是15页\一共有30页\编辑于星期六二、取样定理当满足fs

≥

2fimax时,取样信号可恢复原信号。fs

—取样频率。fimax

—

信号的最高频率分量。

tOusfOfs–fimax

fimaxuI

tO现在是16页\一共有30页\编辑于星期六三、量化和编码量化单位数字信号最低位LSB所对应的模拟信号大小，用表示（即1）。量化把取样后的保持信号化为量化单位的整数倍。量化误差因模拟电压不一定能被整除而引起的误差。编码把量化的数值用二进制代码表示。现在是17页\一共有30页\编辑于星期六划分量化电平的两种方法01V1/82/83/84/85/86/87/8000001010011100101110111模拟电平二进制代码代表的模拟电平0=01=1/82=2/83=3/84=4/85=5/86=6/87=(7/

8)V1V1/153/155/157/159/1511/1513/150000010100111001011101110模拟电平二进制代码代表的模拟电平0=01=2/152=4/153=6/154=8/155=10/156=12/157=(14/15)V最大量化误差=

=

(1

/

8)V=

/

2=(1/15)V现在是18页\一共有30页\编辑于星期六7.2.2取样-保持电路一、电路组成及工作原理当uL

为高电平：RfChRiuIuOuLTRf=RiT导通，Ch

充电至：uO=uI=uC当uL为低电平：T截止，Ch

基本不放电。uO

保持矛盾：为使Ch

充电快，Ri越小越好；为使电路输入电阻高，Ri越大越好。现在是19页\一共有30页\编辑于星期六二、改进电路(LF198)及工作原理R2ChR1uIuOuLuO300

30

kD1D2S当uL=1，

S闭合

uO=uO=uI，uC

=uI

当uL=0，

S断开

uO

保持D1、D2的作用：限制uO

在uI+uD以内，起保护作用。6

2145387uOuIuLChLF198现在是20页\一共有30页\编辑于星期六一、基本工作原理电路7.2.3逐次渐近型A/D转换器D/AuI逐次渐近寄存器比较器参考电源时钟信号MSBLSBMSBLSB并行数字输出转换控制信号3.2V10008V101004V00102V000113V00011现在是21页\一共有30页\编辑于星期六读出控制控制逻辑电路逐次渐近寄存器比较器二、转换过程举例3位D/AQ1S1Rd0+CPd1d2≥1Q1S1RFFBFFC≥1d0d1d2uIuOuCC5位环行移位寄存器Q1Q2

Q3Q4Q5QFFA1S1R/2输出偏移现在是22页\一共有30页\编辑于星期六Q

n+111100100功能RSQ

n10不用保持置1置0不许CP12345Q1

Q2Q3

Q4

Q5QA

QB

QCuI/VuO/VuO/VuCd2d1

d000001

0005.90–0.5000010

00010043.500000100011065.50000001

0011176.510000001011065.5000000001

11065.50110现在是23页\一共有30页\编辑于星期六7.2.4双积分型A/D转换器一、电路组成和工作原理CO＝

1(uo≤0)

0(uo>0)S2CS1uI逻辑控制门C定时器n位二进制计数器&dn–1d0uｏＴCPCP基准电压<0正向积分：对被测信号uI进行定时积分，完成一次2n进制计数。

反向积分：对基准电压积分至uｏ=0，计数结果与uI成正比。现在是24页\一共有30页\编辑于星期六S2CS1uI逻辑控制门C定时器3位二进制计数器&d2d0uｏCP基准电压<0电容C

放电CO＝

10000010100111001011101111以3位二进制计数器为例说明双积分过程。0000010100111000现在是25页\一共有30页\编辑于星期六二、定量分析uI积分器输入ＵIuｏ(t)积分器输出固定时间t1t2N1ＴCPN2ＴCPt1=N1TCP=2nTCPt2=N2TCP=DTCP=UI/单位电压ＵREF现在是26页\一共有30页\编辑于星期六&&&&&&7.2.5并联比较型A/D转换器R/2RRRRRRR/2UREFuI比较器1D1D1D1D1D1D1DCP寄存器d2d1d0编码器0000000110010010000uI0000001110010011001uI0000011110010101010uI0000111110011101011uI0001111110101101100uI0011111111100101101uI0111111101100101110uI1111111001100101111uI现在是27页\一共有30页\编辑于星期六7.2.6A/D转换器的转换精度和转换速度一、转换精度分辨率1.用二进制或十进制位数表示(设计参数)LSB变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量