第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器

0 0 01 111 0 0 11 111
100 101
0 1 11 111 1 1 11 111
110 111
14
3、特点 （1）速度快； （2）分辨率不高。
4、提高分辨率的措施 原理：第一次ADC为粗转换，第二次ADC为细转换。Vi放大32倍 后再转换，输出二进制数的位权是第一次转换对应位权的1/32。
15
9.2.3 逐次比较型A / D转换器
引言 计数式A/D转换器
16
9.3.3 逐次比较型A / D转换器
1、转换原理 (1)电路结构：
VREF=-10V, VI=6.84V
I=6.84V
模拟 量输入
I
电压 比较器
启
I’ ≥5V 动
脉 冲
CP 时钟
控制逻 辑电路
移位寄位器
1 0 0 …· · · 0
把上述量化结果用代码表示，称为编码。
10
3 A/D转换器的种类
(1)A/D转换器的种类
A/D转换器按照工作原理的不同可分为直接A/D转 换器和间接A/D转换器。
直接A/D转换器是将输入模拟电压直接转换成数 字量，间接A/D转换器是先将输入模拟电压转换成中 间量，如时间或频率，然后将这些中间量转换成数字 量。常用的直接A/D转换器有并联比较型A/D转换器和 逐次比较型A/D转换器。常用的间接A/D转换器有中间 量为时间的双积分型A/D转换器，中间量为频率的电 压－频率转换型A/D转换器。
主要内容
A/D转换的4个步骤 A/D转换器的种类 A/D转换器的3个主要技术参数 A/D转换器的数字输出与模拟输入之间的关系 集成ADC0809及应用
3
9.3.1 A/D转换的一般步骤
A/D转换步骤为：采样、保持、量化和编码。
CPS
v（I t）
S
ADC
输入模拟电压
采样保持电路
vI（t）
ADC的 量化编码电路
第 十七 讲
1
第9章 D/A转换器和A/D转换器
内容提要及重点 （1） D/A转换器
DAC的工作原理，性能指标，集成DAC及其应用。 （2） A/D转换器
DAC的工作原理，性能指标，集成ADC及其应用。 重点
D/A、A/D转换器工作原理，集成D/A、A/D转 换器的应用 。
2
9.3 A/D转换器
)VREF
(
11 15
~
13 15
)VREF
(13 ~
15
1
)VREF
寄存器状态 （代码转换器输入）
数字量输出 （代码转换器输出）
Q 7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1
D2 D1 D0
0 0 00 00 0
000
0 0 00 00 1
001
0 0 00 01 1 0 0 00 11 1
010 011
0
Dn-1 Dn-2
···
···
D1
D0
D/A 转换器
O 6.25V
1
0数字 1量输出
20
（3）工作波形
10s
P451
CP 启动脉冲
图9.2.6 D7
... Dn-1 D1 D0
数字量输出（n位）
采样展宽信号
采样定理： f S 2 fi 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。
4
1、采样与保持
采样和保持波形示意图 P243 图9-10 图中采样时间非常短。
5
1、采样与保持（续）
采样过程
6
采样－保持电路
采样－保持电路 (a) 取样保持电路
11 0…
···
0
Dn-1 1
Dn-2 0 数字
···
量输出 D1
D0
D/A 转换器
O 7.5V
19
第三个CP：
I=6.84V
模拟 量输入
I
电压 比较器
I’ ≥6.25V 启
动 脉 冲
CP 时钟 控制逻 辑电路
VREF=10VVREF
移位寄位器
0 0 1·…· · 0
数据寄存器
10 1…
原理图； (b) 输出波形图
7
2．量化－编码
如同用天平称物体质量，一般把上述采样 保持后的值以某个“最小数量单位”的整数倍 来表示，这一过程称为量化。规定的最小数量
单位称为量化单位或量化间隔，用“δ” 表示。
量化的方法一般有两种：四舍五入法和舍 去小数法。
（1）四舍五入法：把＜δ/2的电压作为“0δ” 处理，把≥δ/2而＜3/2δ的电压作为“1δ”处理；
10 0…
0
···
VREF
VREF=10V
D/A 转换器
O 5V
···
Dn-1 1
Dn-2
数字
量输出 D1
D0
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第二个CP：
I=6.84V
模拟 量输入
I
I’ <7.5V
电压 比较器
启 动 脉 冲
CP 时钟
控制逻 辑电路
VREF
VREF=10V
移位寄位器
0 1 ·0 …· ·
0
数据寄存器
I1
D2 (MSB) D1 D 0 (LSB)
寄存器
代码转换器 13
2. 工作原理 输入模拟电压
提示：
优先编码器 为输入高电 平有效。
vI
(0
~
1 15
)VREF
(
1 15
~
3 15
)VREF
(
3 15
~
5 15
)VREF
(
5 15
~
7 15
)VREF
(
7 15
~
9 15
)VREF
(
9 15
~
11 15
11 R 15 VREF
R
CO7 C7
Biblioteka BaiduCO6 C6
CO5 C5
R
CO4
C4
R
CO3
C3
3R 15VREF
R 1 15VREF
R/2
vI
CP
C2
CO2
CO1 C1
电压比较器
1D
Q7
C1
1D
Q6
C1
1D
Q5
C1
1D
Q4
C1
Q3 1D
C1
Q2 1D
C1
1D
Q1
C1
I7
I6
I5 优 先
I4 编 码
I3 器
I2
11
（2）常用A/D转换器的性能比较
转换速度最高的是：并联比较型ADC； 转换速度最低的是：双积分型ADC； 转换精度最高的是：双积分型ADC； 转换精度最低的是：并联比较型ADC； 转换速度和转换精度均较高的是：逐次比较型ADC
12
9.3.2 并行比较型ADC
VREF
1. 电路
R
13 15
VREF
（2）舍去小数法：把＜δ的电压作为“0δ” 处理，把≥δ而＜2δ的电压作为“1δ”处理。
8
2、量化与编码(续 )
（1）量化单位 1 V 8
最大误差： Δ
（2）量化单位 2 V 14
最大误差： Δ/2
9
采用不同量化方式其结果存在差异，而且上述 量化结果与采样值之间存在误差，这种误差称为量 化误差。
数据寄存器
10 0…
0
···
VREF
VREF=10V
D/A 转换器
O 5V
···
Dn-1 1
Dn-2
数字
量输出 D1
D0
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(2) 转换原理
第一个CP：
模拟
量I输=6入.84IV
电压 比较器
I’ ≥5V
启 动 脉
冲
CP 时钟
控制逻 辑电路
移位寄位器
1 0 0 …· · · 0
数据寄存器