数模与模数转换器

概述D A转换器A D转换器 第九章数模与模数转换器 DigitalAnalogConverterandAnalogDigitalConverter 第九章数模与模数转换器 教学要求1 掌握倒T形电阻网络D A转换器 DAC 集成D A转换器7533的工作原理及相关计算 2 正确理解D A转换器的两种输出方式 3 掌握并行比较 逐次比较 双积分A D转换器 ADC 的工作原理及其特点 4 了解D A转换器 A D转换器的主要技术指标及典型应用 D A转换 A D转换的应用 模 拟 传感器 数字控制 计算机 模拟 控制器 工业生产过程控制对象 ADC和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路 传感器 温度 压力 流量 应力等 计算机进行数字处理 如计算 滤波 数据保存等 用模拟量作为控制信号 能将模拟信号转换成数字信号的电路称为模数转换器 A D 而将能将数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器 D A 转换精度和速度是衡量它们的重要技术指标 9 1D A转换器 DAC NB是n位二进制代码的输入数字量 为了将数字量转换成模拟量 必须将每1位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量 然后将这些模拟量相加 即可得与数字量成正比的总模拟量 从而实现了数字 模拟转换 此即D A转换器的基本思想 1 n位D A转换器的示意图如下 9 1 1D A转换器的基本原理 2 对D A的基本要求 输出模拟量与输入数字量值成正比 3 4位D A转换器的原理电路如图9 1 2所示 9 图题7 1 5 4 n位D A转换器的一般方框图如下 基准电压 n位模拟开关 解码网络 求和电路 n位数字量输入 模拟量输出 解码网络一般有倒T形电阻网络 T形电阻网络 权电流网络等 电子开关也有TTL型和CMOS型 据此不同的组合可有不同类型的D A转换器 9 1 2倒T形电阻网络D A转换器 1 4位倒T形电阻网络D A转换器的工作原理 Si由Di控制 Di 0时 Si将电阻2R接地 Di 1时 Si将电阻2R接 相应电流也送 运放 端 处于线性运用状态的运放 虚地使每条2R电阻支路的电流恒定 与开关状态无关 由图可得流入运放的总电流 分析电路可知 从每个节点向左看 每个二端网络的等效电阻均为R 与开关相连的电阻2R上的电流从高位到低位按2的负整数幂递减 如图所示 输出电压 可见电路中输入的每一个二进制数NB 均能在其输出端得到与之成正比的模拟电压VO 常用的CMOS开关倒T形电阻网络D A转换器的集成电路有AD7520 10位 AD7533 10位 及AK7546 16位高精度 等 由上式可见 要提高D A转换器的转换精度 电路参数的选择要注意以下几点 基准电压要稳定 要求高时可选用带隙基准电压源 倒T型电阻网络中R和2R电阻的精度要高 每个模拟开关的开关电压降要相等 以保证各支路的电流按2的整数倍递减 运放的零点漂移要小 2 集成D A转换器 AD7533D A转换器 AD7533D A转换器是10位CMOS电流开关形D A转换器 为电流输出型 使用时外加运放 反馈电阻可外加或用片内电阻 图9 1 5AD7533内部电路 图9 1 5电路AD7533引脚图 T1 T3组成电平转移电路 使输入信号能与TTL电平兼容 即使TTL的高电平提高以适应CMOS的需要 Di 1时 T9导通 权电流经T9流入运放的反相端 Di 0时 T8导通 权电流经T8接地 图9 1 6CMOS模拟开关电路 2 电子开关电路之一 T9驱动电路 T8驱动电路 9 1 3权电流型D A转换器 由于倒T电形阻网络D A转换器存在模拟开关电压降 会产生转换误差 权电流型D A转换器可以提高转换精度 用一组恒流源代替T型电阻网络 1 4位权电流型D A转换器 上图电路中 当输入数字量的某一位代码Di 1时 开关Si接运放的反相输入端 相应的权电流流入求和电路 当Di 0时 开关Si接地分析该电路 可得出 电路分析 采用了恒流源电路后 各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响 这就降低了对开关电路的要求 提高了转换精度 图9 1 8实际的权电流D A转换器电路 2 实际的权电流D A转换器 对实际的权电流D A转换器电路分析可得到输出电压为 上式表明 基准电流IREF即输出电压VO仅与基准电压VREF和电阻R1有关 而与BJT R 2R电阻无关 这样 电路降低了对BJT参数及R 2R取值的要求 对于集成化十分有利 常用的此类转换器有AD1408 DAC0806 DAC0808等 9 1 4D A转换器的输出方式 常用的D A转换器绝大部分是数字电流转换器 输出量是电流 如要实现电压输出 还须转换 输出电压或为0伏到正满度值 或为0伏到负满度值的称为单极性输出方式 采用单极性输出方式时 输入数字量采用自然二进制码 对权电流D A转换器 如果R1 Rf 则有 对倒T型电阻网络D A转换器 如果R Rf 则有 表9 1 18位D A转换器在单极性输出时的输入 输出关系 倒T形电阻网络D A转换器单极性电压输出的电路如下 对图 a 有 a 反相输出 D A转换器的单极性电压输出 对图 b 有 D A转换器的单极性电压输出 b 同相输出 在实际应用中 D A转换器输入的数字量有正极性也有负极性 这就要求D A转换器能将不同极性的数字量对应转换为正 负极性的模拟电压 工作于双极性方式 双极性D A转换器常用的编码有 2的补码 偏移二进制码及符号 数值码 符号位加数值码 等 下表是对应关系 表9 1 2常用双极性及输出模拟量 比较表9 1 2和表9 1 1可见 偏移二进制码与无符号二进制码形式上相同 它实际上是将二进制码对应的模拟量的0值偏移至80H 使偏移后的数中 只有大于128的才是正数 而小于128的则为负数 所以 若将单极性8位D A转换器的输出电压减去VREF 2 80H所对应的模拟量 就可得到极性正确的偏移二进制码输出电压 若D A转换器输入数字量是2的补码 则先将它转换为偏移二进制码 然后输入到上述D A转换电路中就可实现其双极性输出 而2的补码加80H并舍弃进位就可得到偏移二进制码 实现2的补码加80H只需将2的补码的高位求反即可 于是可得采用2的补码输入的8位双极性输出D A转换电路如下 由图得 9 1 5D A转换器的主要技术指标 分辨率 分辨率是D A转换器对输入微小量变化敏感程度的表征 其定义为D A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数 等级越多 分辨率愈高 所以 实际应用中 n位D A转换器的分辨率用输入数字量的位数来表示 也可以用级数2n表示 还可以用分辨最小输出电压与最大输出电压之比表示 即n位D A转换器的分辨率可表示为 它表示D A转换器在理论上可以达到的精度 9 1 5D A转换器的主要技术指标 2 转换精度 D A转换器实际输出的模拟量与理论值之间存在误差 因而将这些误差的最大值定义为转换精度 转换误差有比例系数误差 失调误差和非线性误差 1 比例系数误差 实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差 如在n位倒T形电阻网络D A转换器中 当VREF偏离标准值 VREF时 就会在输出端产生误差电压 VO VO 2 失调误差 由运算放大器的零点漂移引起 其大小与输入数字量无关 该误差使输出电压的转换特性曲线发生平移 3位D A转换器的失调误差如图所示 图9 1 113位D A转换器的失调误差 失调误差为模拟量的实际起始数值与理想起始数值之差 3 非线性误差 是一种没有一定变化规律的误差 一般用在满刻度范围内 偏移理想的转移特性的最大值来表示 模拟开关处于不同的位置有不同的导通电压和导通电阻 各电阻支路电阻误差不同等都可能导致非线性误差 综上所述 高精度的D A转换器必需是高分辨率的D A转换器 高稳定度的VREF和低零点漂移的运放相配合才能实现 3 转换速度 当D A转换器输入的数字量发生变化时 输出的模拟量并不是立即达到所对应的值 它需要一定的时间 通常用建立时间和转换速率两参数来描述D A转换器的转换速度 建立时间 tset 输入的数字量发生变化时 输出电压变化到相应稳定值 达到误差 LSB 2时 所需时间 一般用全0变到全1需时表示 转换速率 SR 大信号工作状态下模拟电压的最大变化率 4 温度系数 输入不变的情况下 输出模拟电压随温度变化产生的变化量 一般用满刻度时温度升1度输出电压变化的百分数作为温度系数 9 1 6D A转换器的应用 前已介绍 AD7533D A转换器是10位CMOS电流开关形D A转换器 电路如下 图9 1 5AD7533内部电路 D A转换器应用广泛 举例如下 1 数字式可编程增益控制电路 根据虚地原理 由图得 AD7533 脉冲波产生电路 由AD7533 运算放大器及4位同步二进制计数器74LVC163 同步清零 组成的波形产生电路如图9 1 13 a 所示 计数器采用反馈清零法 组成模10计数器 在时钟脉冲作用下 输出状态为0000 1001 图9 1 13波形产生电路 a 电路 b 工作波形 前已分析 计数器输出状态为0000 1001 由公式 可得VO波形如图 b 如采用可逆计数器可得三角波 70503010 9 2A D 模数 转换器 ADC 9 2 1A D转换的一般工作过程 三 量化和编码 二 取样定理fS 2fimax 一 A D转换的一般步骤取样 保持 量化 编码 A D转换器要将时间上连续 幅值也连续的模拟量转换为时间上离散 幅值也离散的数字信号 它一般要包括取样 保持 量化及编码4个过程 A D转换器概述 能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量 A D功能 1 取样与保持 取样是将随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量 采样信号S t 的频率愈高 所采得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号 合理的采样频率fs由采样定理确定 则fs 2fimax 9 2 1 如fimax为输入信号最高频率分量的频率 要将取样电路每次采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间 为了给后续的量化编码过程提供一个稳定的值 在取样电路后要加保持电路 将所采样的模拟信号保持一段时间 取样与保持过程往往是通过采样与保持电路同时完成的 电路要求 AV1 AV2 1 A1的Ri高 A2的Ri高 Ro低 采样 不能放电 保持 1 取样与保持 9 2 1A D转换的一般工作过程 1 电路及工作原理 工作原理 在t t0时 开关S闭合 电容被迅速充电 由于AV1 AV2 1因此VO VI 在t0 t1时间间隔内是取样阶段 当t t1时刻 开关S断开 进入t1到t2的保持阶段 b 波形图 a 原理图 实际取样 保持电路LF198 经改进的电路及工作原理 运放均作为电压跟随器使用uO u O uI 由uL来控制开关S的通断 uL 1 S闭合 否则S断开 S闭合时外接电容上的电压也等于uI 并在S断开后使uo也保持不变 实际取样 保持电路LF198 单片集成取样 保持电路LF198 偏置电源 量化与编码 为将模拟信号转换为数字量 在A D转换过程中 还必需将取样 保持电路的输出电压 按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上 即将输出电压表示为最小数量单位的整数倍 这一转化过程称为数值量化 简称量化 量化后的数值最后还须通过编码过程用一个代码表示出来 编码后得到的代码就是A D转换器输出的数字量 量化过程中所取最小数量单位称为量化单位 用 表示 它是数字信号最低位为1时所对应的模拟量 即1LSB所对应的模拟量 量化误差 量化过程中由于取样电压不一定能被 整除而存在的量化前后的误差 用 表示 量化误差属原理误差 它是无法消除的 转换器的位数越多 各离散电平之间的差值越小 量化误差越小 量化过程的两种近似量化方式 只舍不入法 舍尾取整法 和四舍五入法 以3位A D转换器为例 设输入信号VI的变化范围为0 1V 用只舍不入方式时 取 1 8 V 量化中把不足量化单位的部分舍去 如数值在0 1 8 V间当作0 用二进制数000表示 数值在 1 8 V 2 8 V间当作1 用二进制数001表示 这种量化方式的最大误差为 1 量化及量化误差 用四舍五入方式时 取 1 2 1 15 V 量化中把不足半个量化单位的部分舍去 对于等于或大于半个量化单位的部分按一个量化单位处理 如数值在0 1 15 V之间当作0 用二进制数000表示 数值在 1 15 V 3 15 V间当作1 用二进制数001表示 数值在 3 15 V 5 15 V间当作2 用二进制数010表示 这种量化方式的最大误差为1 2 即最大量化误差为 因此 大多数A D转换器采用四舍五入方式 只舍不入量化方式 量化中把不足1个量化单位的部分舍弃 最大量化误差为 四舍五入量化方式 量化过程将不足半个量化单位部分舍弃 对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理 其最大量化误差为 最大量化误差为 2 两种量化方式图象说明 111 110 101 100 011 010 001 000 0 0v 7 7 8v 6 6 8v 5 5 8v 4 4 8v 3 3 8v 2 2 8v 1 1 8v 110 101 100 011 010 001 000 0 0v 1 2 15v 2 4 15v 3 6 15v 4 8 15v 5 10 15v 6 12 15v 7 14 15v 111 A D 模数 转换器的种类 按工作原理可分为两类 直接A D转换器和间接A D转换器 直接A D转换器 可将模拟信号直接转换为数字信号 特点是转换速度较快 典型电路有并行比较型A D转换器和逐次比较型A D转换器 间接A D转换器 先将模拟信号转换为某一中间量 时间或频率 然后将中间量转换为数字量输出 特点是转换速度较慢 典型电路有双积分型A D转换器和电压频率转换型A D转换器 9 2 2并行比较型A D转换器 一 电路组成 P448 图9 2 4 比较器组 寄存器组 编码器 二 工作原理 表9 2 1 三 主要特点转换精度主要取决于量化电平的划分 精度越高 所用的器件越多 电路越复杂 n位转换器需转换速度最快 9 2 2并行比较型A D转换器1 电路组成 电压比较器 输入模拟电压 精密电阻网络 23个电阻 精密参考电压 D触发器 输出数字量 10 2 2并行比较型A D转换器2 工作原理 11VREF 15 9VREF 15 13VREF 15 7VREF 15 3VREF 15 VREF 15 5VREF 15 VI 8VREF 15 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 优先级别I7最高I1最低 001 vi vO 比较器的输出状态由寄存器存储经优先编码器编码 得到数字量输出 属四舍五入量化方式 表9 2 13位并行A D转换器输入与输出关系对照表 根据各比较器的参考电压值 可以确定输入模拟电压值与各比较器输出状态的关系 9 2 2并行比较型A D转换器3 电路特点 在并行A D转换器中 输入电压 I同时加到所有比较器的输入端 从 I加入到三位数字量稳定输出所经历的时间为比较器 D触发器和编码器延迟时间之和 如不考虑各器件的延迟 可认为三位数字量是与 I输入时刻同时获得的 所以它具有最短的转换时间 缺点是电路复杂 如三位ADC需比较器的个数目为7个 n位转换器需2n 1个比较器 位数越多矛盾越突出 为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾 可以采取分级并行转换的方法 单片集成并行比较型A D转换器的产品很多 如AD公司的AD9012 TTL工艺8位 AD9002 ECL工艺 8位 AD9020 TTL工艺 10位 等 为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾 可以采取分级并行转换的方法 如下图电路 10位本需1023个比较器 现只需62个 9 2 3逐次比较型A D转换器 逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似 1 转换原理 所用砝码重量 8克 4克 2克和1克 设待秤重量Wx 13克 称重过程 1 2 3 n 最后寄存器输出数字量 按照称重思路 将输入电压与不同的参考电压做多次比较 使转换所得的数字量对应的模拟量在数值上逐次逼近输入模拟量 工作原理示意如下 由以上工作原理示意图 可设计电路组成框图如下 第一个时钟脉冲使移位寄存器最高位置1其它位置0 比较 决定存1或0 然后第二个时钟脉冲使移位寄存器次高位置1 图9 2 5逐次比较型A D转换器框图 9 2 3逐次比较型A D转换器 1 转换原理详解 100 0 100 0 I VREF 2 1 I VREF 2 0 1 启动后第1个CP到来 设VREF 10V VI 6 84V 9 2 3逐次比较型A D转换器 1 转换原理 010 0 110 0 I 3 4VREF 1 0 1 0 I 3 4VREF 2 第2个CP到来 设VREF 10V VI 6 84V 9 2 3逐次比较型A D转换器 1 转换原理 001 0 101 0 I 5 8VREF 1 0 1 0 I 5 8VREF 1 0 3 第3个CP到来 设VREF 10V VI 6 84V 10000000 I 6 84V VREF 10V 1 0 1 0 1 1 1 1 9 2 3逐次比较型A D转换器 转换结果为D7 D0 10101111 转换时间 80 s t 1 0 0 0 0 1 11110 1 F为并行置数端 高电平有效 S为高位串行输入 D A转换器输出电压 O VREF 2 送入比较器C与 I比较 若 I O则比较器C输出 c为1 否则为0 比较结果 1或0 送至数据寄存器的D4 D1 2 4位逐次比较型A D转换器电路 分析图9 2 7的4位转换器电路的工作原理 图9 2 74位转换器电路 0 1 D3 1 11101 1 D1 D2 D3 0 0 2 4位逐次比较型A D转换器电路 1 D2 1 11011 1 D1 D2 D3 0 D3 2 4位逐次比较型A D转换器电路 1 D2 1 10111 1 D1 D2 D3 D3 D1 2 4位逐次比较型A D转换器电路 最后再来一个CP 移位寄存器的QE变0 使Q0变1 把前一次比较的VC存Q1 作为D0输出 转换完毕 小结 1 逐次比较型A D转换器输出数字量的位数越多转换精度越高 2 逐次比较型A D转换器完成一次转换所需时间与其位数n和时钟脉冲频率有关 位数愈少 时钟频率越高 转换所需时间越短 9 2 3逐次比较型A D转换器 3 逐次比较型A D的特点 分辨率较高 转换误差较低 转换速度较快 应用较为广泛 常用的集成逐次比较型A D有ADC0808 0809系列 8位 AD575 10位 AD574A 12位 等 9 2 4双积分型A D转换器 1 原理电路组成示意 图9 2 8双积分A D转换器 10 2 4双积分式A D转换器 0 1 准备阶段 2 工作原理 CR信号将计数器清零 开关S2闭合 待积分电容放电完毕后 断开S2 9 2 4双积分式A D转换器 10 2 4双积分式A D转换器 t t0时 开关S1与A端接通 正的被测电压 I加到积分器的输入端 积分器开始对 I积分 o为负值 C为1使计数器开始计数 直到进位脉冲使Qn 1为止 此阶段称为采样阶段 9 2 4双积分式A D转换器 VI 10 2 4双积分式A D转换器 2 第二次积分 1 1 VREF加到积分器的输入端 积分器开始向相反方向进行第二次积分 当t t2时 积分器输出电压 O 0 比较器输出 C 0 时钟脉冲控制门G被关闭 计数停止 工作原理 9 2 4双积分式A D转换器 0 T1 2nTC T2 Tc T2 t2 t1 在计数器中所计的数 Qn 1 Q1Q0 就是A D转换器得到的结果 第一次定时积分结束时输出电压 第二次积分阶段 9 2 4双积分型A D转换器 A D转换过程归纳 计数器清零 S2闭合 电容C放电 S1合向A端 积分器对输入模拟电压进行定时积分 积分器输出与输入电压成正比 积分时间固定为T1 S1合向基准电压 积分器对基准电压进行反向积分 积分时间与上次的积分输出成正比 积分时间为T2 图9 2 9双积分型A D转换器各处工作波形 9 2 4双积分式A D转换器 优点 1 由于转换结果与时间常数RC无关 从而消除了积分非线性带来的误差 2 由于双积分A D转换器在T1时间内采的是输入电压的平均值 因此具有很强的抗工频干扰的能力 T1 2nTC 3 不需要稳定的时钟源 只要时钟源在一个转换周期时间内保持稳定即可 双积分型A D转换器要求VI VREF 如果VREF 2nV 则 双积分型ADC的特点 性能稳定 转换精度高电路简单 抗干扰能力强工作速度低适用于要求精度高 速度要求不高的场合 常用的双积分型A D转换器有ADC EK8B ADC EK10B MC14433等 9 2 5A D转换器的主要技术指标 一 转换精度 单片集成A D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述 分辨率 对输入信号的分辩能力 用输出的二进制或十进制数的位数表示 n位A D能区分出输入信号的最小电压为Vimax 2n 转换误差 输出误差的最大值 表示实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别 用最低有效位LSB的倍数表示 二 转换速度 用转换时间来表示 转换时间是指A D转换器从转换信号到来开始 到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间 时间少 速度快 例 某信号采集系统要求用一片A D转换集成芯片在1秒内对16个热电偶的输出电压分时进行A D转换 已知热电偶输出电压范围为0 0 025V 对应于0 450 温度范围 需要分辨的温度为0 1 试问应选择多少位的A D转换器 其转换时间为多少 解 对于从0 450 温度范围 信号电压为0 0 025V 分辨的温度为0 1 这相当于 12位A D转换器的分辨率为1 2n 1 4096 所以必需选用13位A D转换器 每秒16次分时转换 即取样 转换共需时间为1 16秒 62 5毫秒 对于这样慢速的的转换时间 任何一个A D转换器都可达到 或分辩级数 4500 9 2 6集成A D转换器及其应用 IN0 IN7 8路模拟信号输入端 D7 D0 8位数字信号输出端 有三态特性 CLOCK 时钟信号输入端 ADC0809是AD公司采用CMOS工艺生产的一种8位逐次比较型A D转换器 其内部电路如图9 2 10所示 片内有8通道模拟开关 可接入8个模拟量输入 由于有输出数据锁存器 输出的数字量可直接与连接在计算机CPU数据总线相接 而无需附加接口电路 引脚作用如下 ADDA ADDB ADDC 地址码输入端 不同的地址码选择不同通道的模拟量输入 ALE 地址码锁存输入端 当输入地址码稳定后 ALE的上升沿将地址信号锁存于地址锁存器内 VREF VREF 分别为参考电压的正负输入端 一般情况下 分别接VCC GND START 启动信号输入端 该信号的上升沿到来时片内寄存器被复位 在其下降沿开始A D转换 OE 输出允许控制输入端 当OE 1时 三态输出缓冲器的输出数据送到数据总线 EOC 转换结束信号输出端 当A D转换结束时EOC变为高电平 并将转换结果送入三态输出缓冲器 EOC可以作为向CPU发出的中断请求信号 1 转换时序 图9 2 11ADC0809控制信号的定时图 ADC0809使用时注意以下几点 要进行零点和满刻度调节 要进行参考电压的调节 4 正确接地 ADC0809的典型应用 图9 2 13单通道微机化数据采集系统示意图 第九章小结 转换精度和转换速度的概念以及表示方法 倒梯形电阻网络 权电流型D A转换器工作原理输入与输出的定量关系 模数转换的一般过程及采样定理 1 逐次比较型A D转换器输出数字量的位数越多转换精度越高 2 逐次比较型A D转换器完成一次转换所需时间与其位数n和时钟脉冲频率有关 位数愈少 时钟频率越高 转换所需时间越短 并行比较型 逐次比较型 双积分型A D转换器工作原理 输入与输出的定量关系 逐次比较型用得较多 3 并行比较型转换速度最快 双积分型转换精度最高 附 集成运放工作在线性区的特点 虚断i i 0虚短U U 输出UO IR R 附 运放积分器的工作原理 习题选解 解 1 所以 9 1 110位倒T形电阻网络D A转换器如图9 1 1所示 1 试求输出电压的取值范围 2 若要求电路输入数字量为200H时输出电压VO 5V 试问VREF应取何值 图9 1 1 2 200H 512 所以根据上式变换得 解 由教材 9 1 10 式 把已知值代入得Rf 16k 9 1 2在图9 1 8所示的4位权电流D A转换器中 已知VREF 6V R1 48k 当输入D3D2D1D0 1100时 VO 1 5V 试确定Rf的值 变换得到 9 1 3在图9 1 4所示的倒T形电阻网络D A转换器中 设Rf R 外接参考电压VREF 10V 为保证VREF偏离标准值所引起的误差小于LSB 2 试计算VREF的相对稳定度应取多少 图9 1 4倒T形电阻网络D A转换器 解 由教材P440的9 1 12式 取绝对值 对本题1LSB 1 16VREF 最大误差 VO发生在数字为最大 D3D2D1D0 1111 15时 于是有 解 1 AD7533中RF R 2 由P438 439的讨论可知 2的补码最高位反相后即得偏移二进制码 对本题 当 9 1 4由AD7533组成双极性输出D A转换器如图题9 1 4所示 1 根据电路写出输出电压VO的表达式 2 试问实现输入为2的补码时的双极性输出电路中VB RB VREF和片内的R应满足什么关系 时 VO 0 即 由此得 此即为所求 显然 VREF和VB应为不同极性 这才能实现偏移二进制码的双极性输出 即原图D9应先接到一个反相器的输入端 反相器的输出端接到AD7533的最高位处 并要求 其中D9D8 D0为2的补码 D9反相后变为偏移二进制码 也可以直接 电路的连接图 9 1 5可编程放大器 数控可变增益放大器 电路如图题9 1 5所示 1 推导电路电压放大倍数AV VO VI的表达式 2 当输入编码为 001H 和 3FFH 时 电压放大倍数AV分别为多少 3 试问当输入编码为 000H 时 运放A1处于什么状态 A1 解 1 A1与AD7533和A2组成电压串联负反馈放大器 虚短 VI VO2 AD7533和A2组成10位D A转换器 故 A3组成AV为 1的反相比例放大器 故VO VREF所以得 所以 2 当输入为NB 001H 1时 AV 210当输入为NB 3FFH 1023时 AV 1 3 当输入为NB 000H时 整个放大器处于开环工作状态 工作于非线性区 可能自激 解 把74161接成9进制递增计数器 输出端接到AD7533的低4位输入端 其高6位输入端接地 而AD7533与运放接成单极性输出即可 VREF为正电压 电路图如下 9 1 6试用D A转换器AD7533和计数器74161组成如图题9 1 6所示的阶梯波形发生器 要求画出完整的电路图 图题9 1 6 VREF应为正极性还是负极性 9 2 1在图9 2 4所示并行比较器A D转换器中VREF 7V 试问电路的最小量化单位 等于多少 当VI 2 4V时 输出数字量D2D1D0 表9 2 13位并行A D转换器输入与输出关系对照表 解 根据表9 2 1可知 查表9 2 1可知 当VI 2 4V时 此时的量化误差为 9 2 2在图9 2 5所示的逐次比较A D转换器中 若n 10 已知时钟频率为1MHz 则完成一次转换所需时间是多少 如果要求完成一次转换的时间小于100 s 试问时钟频率应选多大 9 2 2在图9 2 5所示的逐次比较A D转换器中 若n 10 已知时钟频率为1MHz 则完成一次转换所需时间是多少 如果要求完成一次转换的时间小于100 s 试问时钟频率应选多大