(清华大学)模拟电子技术基础-第八章

vo = V REF 2
3
Q = vo (
vo =
叠加
V REF V V V V D 0 + REF D 1 + REF D 2 + REF D 3 = REF 16 8 4 2 24
∑D
i=0
i
⋅ 2i
3
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第八章-8.2 D/A转换器
8.2.3 集成D/A举例 (5G7520)
13
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第八章 8.3 -8.3.3 4 电容加权网络A/D
C C/2 C/4 C/8 C/16 C/16
A vA
－ ＋
v0 （数字信 号输出）
控制 电路
S7
S1
S2
S3
S4
S5
S6
v1 VREF
S8
图8.3.7 5位电容加权网络ADC原理图
(3)电荷重新分配阶段 上极板Q= - 2CvI 电荷守恒 第一步：S1 →VREF,
VL vI S C + _ A vC
6
vO
3
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VREF v1 13 VREF 15 11 VREF 15 9 VREF 15 7 VREF 15 R R R R
第八章 8.3 A/D变换器
＋
8.3.3 直接A/D变换器
8.3.3.1 并行A/D 1．组成 (1)分压器 (2)比较器 (3)寄存器 (4)编码器 2．工作原理 vI
6
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第八章 8.3 -8.3.3 4 电容加权网络A/D
A vA
－ ＋
C
C/2
C/4
C/8
C/16
C/16
v0 （数字信 号输出）
控制 电路
S7
S1
S2
S3
S4
S5
S6
v1 VREF
S8
图8.3.7 5位电容加权网络ADC原理图
(2) 保持阶段 S7断开；S1~S6接地，S8接vREF 忽略比较器输入电流和电容的漏电流： 上极板Q保持， vA= - vI
特点： 特点： 元件少；2(26-1) 元件少；2(26-1) 速度下降不多; 速度下降不多; 较多用. 较多用.
12 位 寄 存 器
D11 D10
D0 CP3
9
图8.3.4串并行ADC原理框图
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第八章 8.3 -8.3.3 直接A/D变换器
8.3.3.3 逐次逼近A/D
v1 (4) 第二步： 1．组成 Dn-2=1, D=*100..0 2．工作原理 . (1) .转换前: 寄存器清零 第n步：D0=1 0 D=0，v’REF=
∑D
i=0
9ห้องสมุดไป่ตู้
×2
9
i
i i’ 2 13 D0
vo = −
R F V REF 1 ⋅ 10 R 2
∑D
i=0
4
i
5 D8
6 D7
× 2i
...
D9
V = − REF 2 10
∑D
i=0
9
i
× 2i
R1=0
4
2
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第八章 模数转换器和数模转换器
8.3 A/D变换器
直接A/D 间接A/D： A→T→D
用于单极性D/A 图8.2.9 Di =1, Si接左侧 Di =0, Si接右侧
I i = REF 2 10
VREF 15 R IREF 2R R 2R
...
14 R 2R 2R 3 16 RF
VDD
2R
∑D
i=0
9
i
×2
i
S9
i
S8
S7
... ...
S0
R1 1 _ + A vO
V 1 = REF ⋅ 10 R 2
A→F→D
8.3.1 A/D的主要技术参数
分辨率（输出数字量位数 n 表示） 转换误差（实际输出与理想差别） 转换速度－转换时间（一次转换） 转换精度
5
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第八章 8.3 A/D变换器
8.3.2 采样－保持电路
A→采样保持→量化编码→D 组成：开关、电容（保持）、缓冲放大 主要参数： (1) 采集时间 (2) 保持电压下降率
2. 特点： (1)共性：开关支路电流与权成正比，电流相加 (2)不同：产生支路电流的方法不同； (3)优点：速度快；恒流源，对开关要求低；
1
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8.2.2.3 权电容网络D/A
1. 分析：
Di =1, Si接VREF Di =0, Si接地 工作前，S’闭合，S0 ~ S3接地 工作开始，S’断开, Di → Si D0 =1 D1 =1 D2 =1 D3=1
0~ 1 VREF 15
1 3 V ~ VREF 15 15 3 5 V ~ VREF 15 15
＋
C7 C6 C5 C4
Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 寄存器 编 码 逻 辑 电 路 D2 D1
＋
＋
＋
vC7 vC6 Q7 Q6 0 0 0
. . .
... vC1 ... Q1
D1 D2 D3
0 0 0 0 0 1
.
. . 优点：速度快 优点：速度快 . . n-1) n 13 15缺点：元件多 (2 1 1 ... 1 1 1 V ~ 缺点：元件多 1(2 -1) V
0 3．特点 . 3．特点.
. .
REF
R 5 VREF 0 15 R 3 1 VREF 15 R 0 1 VREF 15 R/2
图8.3.5逐次逼近式ADC的原理框图
1 v I = 0 ~ VREF 2 1 v I = VREF ~ VREF 2 10
vC = H vC = L
Dn−1 = 0 Dn−1 = 1
5
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v
/V
第八章 8.3 -8.3.3 .3 逐次逼近A/D
2
vI = 1.2V t0 t1 t2 t3 0 1 1 1 1 t
Q = C ( v A − VREF ) + ( = − 2Cv I C C C C C + + + + )v A 2 4 8 16 16 1 v A = − v I + VREF 2
1 v I > VREF → v A < 0 → vO = H 2 → D4 = 1 → S1 不变 1 v I < VREF → v A > 0 → vO = L 2 → D4 = 0 → S1 接地
v A = − v I + D4 VREF 2
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C C/2 C/4
第八章 8.3 -8.3.3 4 电容加权网络A/D
＋
C3 C2 C1 CP
D0
＋
-
1
15
15
图8.3.3 并行ADC原理框图
8
4
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第八章 8.3 -8.3.3 直接A/D变换器
8.3.3.2 串并行A/D（两步A/D） 分段并行12位A/D:
VREF1 CP1 v1 高6位 并行 ADC DAC 保持 减法器 CP2 VREF2 低6位 并行 ADC
Q = vo ( Q = vo (
C S' S3 S2
vO 第八章-8.2-C 8.2.2 常用D/A电路 C C C C L＝ 2 4 8 8 S0 S1
VREF D3 D2 D1 D0 图8.2.8 权电容网络DAC
V C C C C +C + + ) + 2. o特点：（与电阻型相比） ( v 特点：（与电阻型相比） − V REF ) = 0 v o = REF 16 8 2 4 2. 8 V C C C (1) 面积小； C +C + + ) + (2) 精度易于保证； = REF ( v − V REF ) = 0 v (2) o精度易于保证；o 8 8 2 8 4
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第八章-8.2- 8.2.2 常用D/A电路
D0 D1 D2 D3 i - RF
8.2.2.2 权电流型D/A
1. 分析： Di =1, Si接通反相输入端 Di =0, Si接通同相输入端
i=
A i’ ＋ S0 S1
1 I 8
vO
S2 1 I 4
S3 1 I 2 -VREF
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第八章 8.3 -8.3.3 直接A/D变换器
8.3.3.4 电容加权网络A/D
C C/2 C/4 C/8 C/16 C/16
A vA
－ ＋
v0 （数字信 号输出）
控制 电路
S7
S1
S2
S3
S4
S5
S6
v1 VREF
S8
1．组成 图8.3.7 5位电容加权网络ADC原理图 2．工作原理 (1)采样阶段 S7闭合，A点接地；S1~S6接左侧，S8接vI →vA=0, vI →ΣC →地充电，电荷总量Q=2CvI 上极板Q= - 2CvI。各极板上电荷存储量分别为： - CvI、 - CvI /2、 - CvI /4、 - CvI /8、 - CvI /16、 - CvI /16、 12
0 ... 0 0 ... 0 0 1 0 … 1 1
0 0 0 0 0 1
. . .
. . .
R 5 VREF 0 15 R 3 1 VREF 15 R 0 1 VREF 15 R/2