数电ppt 第9章

vO
v dt
t 0 I
1
vG
(e) 0
T1
λ
T2
t
由于vO<0V，过零比较器输出vC=1，控制门G打开。计数器从0开始计数。 经过2n个时钟脉冲后，触发器FF0～FFn－1都翻转到0态，而Qn=1，开关 S1由A点转到B点，第一次积分结束。第一次积分时间为： t=T1=2nTC 第一次积分结束时，积分器的输出电压VP为：
在此阶段结束时vO的表达式可写为：
vO ( t 2 ) VP

1
t2
t1
( VREF )dt 0
设T2=t2－t1，于是有：
VREF T2


2 n TC

VI
设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为λ ，则：
T2=λTC
2n TC T2 VI VREF
T2 2n VI TC VREF
vI
vO
D0 D1
D2
D3
vC
Q0 R C1 S F F0 Q1 R 1D C1 S F F1 Q2 R 1D C1 S F F2 Q3 R 1D C1 S F F3 Q4 R 1D C1 S F F4
数据 寄存器
G1 启动脉冲
1
R 1D C1 F F5 + 5V
Q5 & G2 CP
QE QD QC QB QA S 移位寄存器 CP F E D C B A
三． 并行比较型A/D转换器（3位）
VREF R 13 V 15 REF R 11 V 15 REF R C5 R C4 R C7 CO7 Q7
1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 寄存器
I7 I6 D2 (MS B) D1
C6
CO6 CO5
Q6
Q5 Q4
电路由倒T形电阻网络，模拟开关和运算放大器组成。
图中S0～S3为模拟开关，由输入数码Di 控制， 当Di =1时，Si 接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii 流入求和电路； 当Di =0时，Si 将电阻2R接地。 所以，无论Si 处于何种位置，与Si 相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。
(LS B) D0 D1 D2 (MS B) D3 Rf
六． A/D转换器的主要技术指标
1. 转换精度
（1）分辨率——说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。
一般以输出二进制（或十进制）数的位数表示。因为，在最大输入电
9 10 设： VR EF＜ I ＜ V 16 16 R EF
模拟量
vI vO
vC
D/A 转换器 D0 D1 D2 D3
v
VR EF
Q0
Q1 Q2 Q3 数据寄存器
控制 逻辑 Q0 Q1 Q2 Q3 移位寄存器
移位寄存器 输出寄存器
D/A 8/16VREF 12/16VREF 10/16VREF
VC
D0 ～D7 是数字量输入
端。 使用时，需要外接运 算放大器和产生基准 电流用的电阻R1。 当 VREF=10V 、 R1=5kΩ 、 Rf=5kΩ 时， 输出电压为：
vO
模拟量输出
（MS B）D7 数字量输入
vO
R f VREF 2 R1
8
10 7 Di 2i 8 Di 2i 2 i 0 i 0
f S 2 f i max
式中fS为取样频率，fimax为输入信号vI的最高频率分量的频率。 因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每 次取样以后，必须把取样电压保持一段时间。 可见，进行A/D转换时所用的输入电压，实际上是每次取样结束时的vI值。
vI
o
vS
t
o t
对输入模拟信号的采样
对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然 后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字/模拟转 换。
v o/V
D0 D1
. . .
Dn-1 输入
D/A转换器
vo
输出
7 6 5 4 3 2 1 0 000 001
010 011 100 101
110 111 D
二． 倒T形电阻网络D/A转换器（4位）
……
VREF ( 1 ) 128
+0
1 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 1
-0
VREF ( 1 ) 128
……
1 1 1 1 1 1 1 1
……
VREF ( 127 ) 128
五． D/A转换器的主要技术指标
1.转换精度
（1）分辨率——D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实际应用中，常用数字量的位 数表示D/A转换器的分辨率。 此外，也可用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示分辨率， N位D/A转换器的分辨率可表示为 1/（2n-1）。 （2）转换误差——
9.2 A/D转换器
一．A/D转换的一般步骤和取样定理
由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为：
取样、保持、量化和编码。
CP S
v（t） I
S
v（t） I
ADC的 量化编码电路
. . .
Dn-1 D1 D0
ADC 输入模拟电压 取样保持电路 取样展宽信号
数字量输出（n位）
取样定理：
0
0 0 0 0 1
0
0 0 0 1 1
0
0 0 1 1 1
0
0 1 1 1 1
0
1 1 1 1 1
1
1 1 1 1 1
1
1 1 1 1 1
0
0 1 1 1 1
1
1 0 0 1 1
0
1 0 1 0 1
并行比较型A/D转换器的特点： 1。转换速度快 2。电路复杂 3。转换精度较低
四． 逐次比较型A/D转换器 1． 转换原理：
vG
& CP
...
TC
工作原理：
（1）准备阶段 计数器清零， 积分电容放电， vO=0V。 （2）第一次积分阶段
Qn (a)
vs10
(b) 0Байду номын сангаас
t1
+ vI
t
t
vo
(c) 0
T1
T2
VREF
t
t=0时，开关S1与A端 接通，输入电压vI加到 积分器的输入端。积分 器从0开始积分：
vp
vc
(d) 0 t
可见，T2与VI成正比，T2就是双积分A/D转换过程的中间变量。
上式表明，计数器中所计得的数λ （λ=Qn-1…Q1Q0），与在取样时间T1内输 入电压的平均值VI成正比。只要VI<VREF，转换器就能将输入电压转换为数 字量。
双积分型A/D转换器的特点：
1。电路结构简单 2。转换速度慢 3。转换精度高 4. 抗干扰能力强
为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器。 图示为一4位权电流D/A转换器原理电路。这组恒流源从高位到
低位电流的大小依次为I/2、I/4、I/8、I/16。
(LS B) D0 (MS B) D3 Rf
D1
D2
iΣ
A
+
vo
S0 I 16
S1 I 8
S2 I 4
S3 I 2
V REF
寄存器状态
Q6
0 0
数字量输出
Q5 Q4 Q3
0 0 0 0 0 0
Q 2 Q1
0 0 0 1
D2
0 0
D1 D0
0 0 0 1
（ 3/15 ～5/15）VREF
（ 5/15 ～7/15）VREF （ 7/15 ～9/15）VREF （ 9/15 ～11/15）VREF （ 11/15 ～13/15）VREF （ 13/15 ～1）VREF
第九章 数/模与模/数转换电路
概述：
9.1 D/A转换器
D/A转换器的基本原理 倒T型电阻网络D/A转换器
D/A转换器的主要技术指标
9.2 A/D转换器 A/D转换器的基本原理 并行比较型A/D转换器 逐次比较型A/D转换器 双积分型A/D转换器
9.1 D/A转换器
一． D/A转换器的基本原理
最小量化单位
二． 取样—保持电路
电路组成及工作原理（取Ri=Rf）: 当vL为高电平时，T导通，vI 经 Ri 和T 向电容 Ch 充电。vO=－vI=vC。
当vL 返回低电平后，T 截止。Ch 无放电回路，所以 vO 的数值可被保存下 来。
vI
Rf Ri
vL
Ch
o t
vI
T A
vo o vo
vI
t
vL
o t
分析计算：
基准电流: I=VREF/R，
流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。
VREF D0 D1 D2 D3 VREF 3 ( D 2i ) 总电流： i ( 4 3 2 1) i 24 R i 0 R 2 2 2 2
输出电压：
1 2 3
1000 0100 0010
1000 1100 1010
1 0 0
D3=1 D2=0 D1=0
4
0001
1001
9/16VREF
1
D0=1
设：
9 10 VR EF＜ I ＜ VR EF 16 16
v
2． 逻辑电路
D/A 转换器 VREF D 3 （MS B） D2 D1 D 0 （LSB）