第11章 模数数模转换(南通大学)(陈继红)讲课讲稿
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
双积分型的分辨率高，抗干扰能力强，但转换速度低，一般 为1～1000ms。通常用在对速度要求不高但需很高精度的场合。
逐次比较型的分辨率高，转换时间在0.1～100us之间。转换 速度比并行比较型要低，但远高于双积分型。随着集成电路工 艺的提高，其转换速度也在提高。因此，逐次比较型的A/D适合 既要求精度、又要求速度的场合。
② 原码：以原码来表示，当输入为正时，符号位为0； 当输入为负时，符号位为1。后面的各位表示其幅值。
③ 补码：以补码来表示。其符号位刚好与偏移二进制码 的符号位相反，后面的各位相同。
第11章 模数、数模转换
第11章 模数、数模转换
3. A/D变换器的主要性能参数
(1) 量化误差 A/D变换器将连续的模拟量转换为离散的数字量，对
12位高速逐次逼近型A/D变换器； 最高采样频率可达1.5MSPS(Mega-Sample/s)； 低功耗，平均功耗仅为4mW； 电源：2.7V～5.25V； 标准的数字接口电路（具有三态）； 具有跟踪/保持功能。
第11章 模数、数模转换
(1) 内部结构
第11章 模数、数模转换
(2) 引脚说明
CONVST ：转换开始信号(输入)，低电平有效 CLOCK IN：主时钟(输入)，每14个时钟周期完成一次A/D转换 CLOCK IN最高频率是26MHz BUSY： “忙”信号(输出) REFIN：参考电压输入端，外部的参考电压必须加到这个端上。为 了获得理想的性能，外部参考电压应在2.5V±1%的范围内 AVDD：模拟电路的电源输入，电压2.7～5.25V DVDD：数字电路的电源输入，电压2.7～5.25V；它为芯片内的数 字电路提供电源，应使它与AVDD的电压值相同 AGND：模拟地 DGND：数字地
第11章 模数、数模转换
2. 输入极性与编码
当输入信号为单极性信号时，以二进制数进行量化编码。 输入范围为0～+5V的8位ADC，其输入、输出关系如图a所示。
当输入为双极性信号时，对输入信号的编码通常有三种 方式:
① 偏移二进制码：以最高位为符号位，以1表示正，以0 表示负；后面的各位表示幅值。就相当于把单极性的ADC的 输入输出特性曲线向左平移了一半。输入为-2.5V～+2.5V 的8位ADC，其输入/输出之间的关系如图b所示。
一定范围内的连续变化的模拟量只能量化成同一个数 字量。从前面量化图中可见y(t)的量化误差是±0.5q； y(t)的最低位（LSB）的变化对应于输入变化一个量化 阶距q，因此又以±0.5LSB表示量化误差。 (2) 分辨率
A/D变换器的分辨率能表示A/D变换器对输入信号的 分辨能力。A/D变换器的分辨率以输出二进制数的位数 表示。
转换时间是指A/D变换器开始一次转换到完成转换得到相 应的数字量输出所需的时间。 (5) 量程
量程是指A/D变换器能够实现转换的输入电压范围。
第11章 模数、数模转换
4. A/D变换器的类型
A/D变换器的类型较多，主要的有并行比较型、逐次比较型、 双积分型等。
并行比较型的转换速度最高，但分辨率一般在8位以内。因为 n位并行比较型A/D中需要2n-1个电压比较器，当n大于8以后， 需要的电压比较器太多使得芯片的面积大、成本高。
第11章 模数、数模转换
VIN：单端模拟信号输入。输入范围是0～REFIN。VIN端具有 高输入阻抗。 VDRIVE──这是输出驱动电路的电源，+2.7V～+5.25V。它 决定了数据输出端的高电平电压。 DB11～DB0：数据输出线，三态逻辑。当 CS和 RD信号同时有效 时，DB11～DB0输出A/D转换的结果，否则数据线为高阻。 CS ：片选信号（输入），低电平有效。与信号配合 ，使A/D 转换的结果送到数据线DB11~DB0上。 RD：读信号（输入），低电平有效。与CS 信号配合，使A/D转 换的结果送到数据线DB11~DB0上。
第11章 模数、数模转换
第11章 模数、数模转换
11.1 A/D转换器及其接口 11.2 D/A转换器及其应用
第11章 模数、数模转换
11.1 A/D变换器及其接口
11.1.1 A/D变换器的基本概念 1. 量化
当以数量表示连续量的时候都会遇到量化问题。所谓 量化就是以一定的量化阶距为单位，把数值上连续的模拟 量转变为数值上离散量的过程。
第11章 模数、数模转换
(3) 转换误差 转换误差说明A/D变换器实际的输出数字量与理论上的输
出数字量之间的差别，通常以整个输入范围内的最大输出 误差表示。一般用最低有效位的倍数来表示转换误差，例 如转换误差≤±1LSB，就说明在整个输入范围内，输出数 字量与理论上的输出数字量之间的误差小于最低位的一个 数字。 (4) 转换时间
第11章 模数、数模转换 ADC0808/0809的内部逻辑框
第11章 模数、数模转换
(1) 引脚介绍
IN0-IN7：模拟输入信号； ADDC、ADDB、ADDA：输入通路选择控制； ALE：上升沿将输入通路选择控制锁存； VCC和GND分别为电源（5V）和地； START：A/D启动信号，脉冲宽度应大于200ns； CLOCK：时钟脉冲，频率范围为10KHz～1MHz； EOC：转换结束信号，上升沿有效； OE：数据输出允许端； D7-D0：数字量输出端（三态）。
一般地，我们将转换时间大于1ms的称为低速A/D，1us～1ms 的称为中速A/D，小于1us的称为高速A/D。
第11章 模数、数模转换
11.1.2 典型A/D变换器介绍
1. 8位A/D变换器ADC0808/0809 CMOS工艺的8位A/D变换器； 8位逐次逼近型A/D变换器； 包括一个8通路模拟开关； 不需要外部调零，不需要满刻度调整； 数据输出接口有三态功能； 转换时间：100us，功耗：15mW，工作温度范围： -40℃～+85℃； ADC0808的误差为±1/2 LSB，ADC0809的误差为 ±1LSB。
设输入为x(t)，量化阶距是q，量化后的输出为y(t)， 那么量化可以表示为：
y(t) = INT(x(t)/q) 其中INT是取整函数，x(t)/q的小数部分被舍去。
第11章 模数、数模转换
为源自文库减小量化误差，通常以 “4舍5入”的方法进行量化， 量化可以表示为： y(t)=INT((x(t)+0.5q)/q)
第11章 模数、数模转换
REF(+)、REF(-)：基准电压输入，REF(+)不应大 于VCC，REF(-)不应小于GND。
DOUT=255 * VIN /(REF(+)- REF(-))
第11章 模数、数模转换
(2) ADC0809的时序
第11章 模数、数模转换
2. 高速逐次逼近型A/D变换器AD7472
逐次比较型的分辨率高，转换时间在0.1～100us之间。转换 速度比并行比较型要低，但远高于双积分型。随着集成电路工 艺的提高，其转换速度也在提高。因此，逐次比较型的A/D适合 既要求精度、又要求速度的场合。
② 原码：以原码来表示，当输入为正时，符号位为0； 当输入为负时，符号位为1。后面的各位表示其幅值。
③ 补码：以补码来表示。其符号位刚好与偏移二进制码 的符号位相反，后面的各位相同。
第11章 模数、数模转换
第11章 模数、数模转换
3. A/D变换器的主要性能参数
(1) 量化误差 A/D变换器将连续的模拟量转换为离散的数字量，对
12位高速逐次逼近型A/D变换器； 最高采样频率可达1.5MSPS(Mega-Sample/s)； 低功耗，平均功耗仅为4mW； 电源：2.7V～5.25V； 标准的数字接口电路（具有三态）； 具有跟踪/保持功能。
第11章 模数、数模转换
(1) 内部结构
第11章 模数、数模转换
(2) 引脚说明
CONVST ：转换开始信号(输入)，低电平有效 CLOCK IN：主时钟(输入)，每14个时钟周期完成一次A/D转换 CLOCK IN最高频率是26MHz BUSY： “忙”信号(输出) REFIN：参考电压输入端，外部的参考电压必须加到这个端上。为 了获得理想的性能，外部参考电压应在2.5V±1%的范围内 AVDD：模拟电路的电源输入，电压2.7～5.25V DVDD：数字电路的电源输入，电压2.7～5.25V；它为芯片内的数 字电路提供电源，应使它与AVDD的电压值相同 AGND：模拟地 DGND：数字地
第11章 模数、数模转换
2. 输入极性与编码
当输入信号为单极性信号时，以二进制数进行量化编码。 输入范围为0～+5V的8位ADC，其输入、输出关系如图a所示。
当输入为双极性信号时，对输入信号的编码通常有三种 方式:
① 偏移二进制码：以最高位为符号位，以1表示正，以0 表示负；后面的各位表示幅值。就相当于把单极性的ADC的 输入输出特性曲线向左平移了一半。输入为-2.5V～+2.5V 的8位ADC，其输入/输出之间的关系如图b所示。
一定范围内的连续变化的模拟量只能量化成同一个数 字量。从前面量化图中可见y(t)的量化误差是±0.5q； y(t)的最低位（LSB）的变化对应于输入变化一个量化 阶距q，因此又以±0.5LSB表示量化误差。 (2) 分辨率
A/D变换器的分辨率能表示A/D变换器对输入信号的 分辨能力。A/D变换器的分辨率以输出二进制数的位数 表示。
转换时间是指A/D变换器开始一次转换到完成转换得到相 应的数字量输出所需的时间。 (5) 量程
量程是指A/D变换器能够实现转换的输入电压范围。
第11章 模数、数模转换
4. A/D变换器的类型
A/D变换器的类型较多，主要的有并行比较型、逐次比较型、 双积分型等。
并行比较型的转换速度最高，但分辨率一般在8位以内。因为 n位并行比较型A/D中需要2n-1个电压比较器，当n大于8以后， 需要的电压比较器太多使得芯片的面积大、成本高。
第11章 模数、数模转换
VIN：单端模拟信号输入。输入范围是0～REFIN。VIN端具有 高输入阻抗。 VDRIVE──这是输出驱动电路的电源，+2.7V～+5.25V。它 决定了数据输出端的高电平电压。 DB11～DB0：数据输出线，三态逻辑。当 CS和 RD信号同时有效 时，DB11～DB0输出A/D转换的结果，否则数据线为高阻。 CS ：片选信号（输入），低电平有效。与信号配合 ，使A/D 转换的结果送到数据线DB11~DB0上。 RD：读信号（输入），低电平有效。与CS 信号配合，使A/D转 换的结果送到数据线DB11~DB0上。
第11章 模数、数模转换
第11章 模数、数模转换
11.1 A/D转换器及其接口 11.2 D/A转换器及其应用
第11章 模数、数模转换
11.1 A/D变换器及其接口
11.1.1 A/D变换器的基本概念 1. 量化
当以数量表示连续量的时候都会遇到量化问题。所谓 量化就是以一定的量化阶距为单位，把数值上连续的模拟 量转变为数值上离散量的过程。
第11章 模数、数模转换
(3) 转换误差 转换误差说明A/D变换器实际的输出数字量与理论上的输
出数字量之间的差别，通常以整个输入范围内的最大输出 误差表示。一般用最低有效位的倍数来表示转换误差，例 如转换误差≤±1LSB，就说明在整个输入范围内，输出数 字量与理论上的输出数字量之间的误差小于最低位的一个 数字。 (4) 转换时间
第11章 模数、数模转换 ADC0808/0809的内部逻辑框
第11章 模数、数模转换
(1) 引脚介绍
IN0-IN7：模拟输入信号； ADDC、ADDB、ADDA：输入通路选择控制； ALE：上升沿将输入通路选择控制锁存； VCC和GND分别为电源（5V）和地； START：A/D启动信号，脉冲宽度应大于200ns； CLOCK：时钟脉冲，频率范围为10KHz～1MHz； EOC：转换结束信号，上升沿有效； OE：数据输出允许端； D7-D0：数字量输出端（三态）。
一般地，我们将转换时间大于1ms的称为低速A/D，1us～1ms 的称为中速A/D，小于1us的称为高速A/D。
第11章 模数、数模转换
11.1.2 典型A/D变换器介绍
1. 8位A/D变换器ADC0808/0809 CMOS工艺的8位A/D变换器； 8位逐次逼近型A/D变换器； 包括一个8通路模拟开关； 不需要外部调零，不需要满刻度调整； 数据输出接口有三态功能； 转换时间：100us，功耗：15mW，工作温度范围： -40℃～+85℃； ADC0808的误差为±1/2 LSB，ADC0809的误差为 ±1LSB。
设输入为x(t)，量化阶距是q，量化后的输出为y(t)， 那么量化可以表示为：
y(t) = INT(x(t)/q) 其中INT是取整函数，x(t)/q的小数部分被舍去。
第11章 模数、数模转换
为源自文库减小量化误差，通常以 “4舍5入”的方法进行量化， 量化可以表示为： y(t)=INT((x(t)+0.5q)/q)
第11章 模数、数模转换
REF(+)、REF(-)：基准电压输入，REF(+)不应大 于VCC，REF(-)不应小于GND。
DOUT=255 * VIN /(REF(+)- REF(-))
第11章 模数、数模转换
(2) ADC0809的时序
第11章 模数、数模转换
2. 高速逐次逼近型A/D变换器AD7472