模数AD与数模DA 转换器PPT学习教案

1、会计学1 模数模数AD与数模与数模DA 转换器转换器 2 7.2.3 逐次逼近型ADC 7.2.4 双积分型ADC 7.2.5 ADC的主要指标 7.2.6 集成ADC电路介绍 小结 第1页/共38页 3 n数数/ /模及模模及模/ /数转换是联系模拟量和数字量的重要桥梁和纽带，是生产过程与数字系统相结合不可缺少的部分。鉴于其重要性，数数转换是联系模拟量和数字量的重要桥梁和纽带，是生产过程与数字系统相结合不可缺少的部分。鉴于其重要性，数/ /模及模模及模/ /数转换技术发展非常迅速数转换技术发展非常迅速, ,特别是大规模的特别是大规模的A/DA/D、D/AD/A集成电路集成电路, ,已经成为各

2、类数字设备及计算机的重要输入输出接口电路。已经成为各类数字设备及计算机的重要输入输出接口电路。 n本章主要介绍数本章主要介绍数/ /模转换和模模转换和模/ /数转换的基本原理及其基本电路，并简单介绍几种常用的集成数转换的基本原理及其基本电路，并简单介绍几种常用的集成D/AD/A、A/DA/D电路。电路。 内容介绍内容介绍 第2页/共38页 4 4 第3页/共38页 5 5 基准电压 数码寄存器电阻译码电路 n位模拟 开关 模拟量 输出 n位数字 量输入 图7.1.1 D/A转换器的一般原理框图 第4页/共38页 6 6 第5页/共38页 7 0 S 3N S 2N S 1N S 0 2 R 1

3、 2 R 1 2NR 2 2 R 1N b 2N b 3N b 0 b R U f R o U N 并 行 输 入 I 位切换 模拟开关 模拟量 电压输出 基准电压 图7.1.2 N位权电阻D/A转换器原理图 第6页/共38页 8 1201 0121 1210 1210 1 1 1 0 2222 2222 2 2 2 NRNRRR NN NNR NN N N iR i N i bUbUbUb U I RRRR U bbbb R U b R 运算放大器的输出电压为：运算放大器的输出电压为： 1 1 0 2 2 N R Ofiif N i U UIRbR R 即运算放大器的输出电压即运算放大器的输

4、出电压与二进制数字量成正比。与二进制数字量成正比。 第7页/共38页 9 RRRRRR 2R2R2R2R2R2R2R2R2R n-1n-2n-33210 1n S 2n S 3n S 3 S 2 S 1 S 0 S R U 1n D 2n D 3n D 3 D 2 D 1 D 0 D 1 2n 2 2n 3 2n 3 2 2 2 1 2 0 2 输出 o U 图图7.1.3 T型解码网络型解码网络 2R2R 2R 2 S R U 2 U 图图7.1.4 7.1.4 节点节点2 2的等效电路的等效电路 第8页/共38页 10 若数字量各位数码用若数字量各位数码用b bi i表示，对于表示，对于n

5、 n位的位的T T型电阻网络型电阻网络DACDAC的等效输出电压可写成：的等效输出电压可写成： 11 00 00 22 nn ii SCii ii UbUUb (7.1.7)(7.1.7) 第9页/共38页 11 S4S3S2S1 d0d1d2d3 (LSB)(MSB) A + - RF 16 I 8 I 4 I 2 I UREF(-) i o u 图图7.1.5 7.1.5 权电流型权电流型D/AD/A转换器转换器 3210 234 3210 3210 4 2222 2222 2 oF F F ui R IIII Rdddd R I dddd (7.1.9)(7.1.9) 第10页/共38页

6、 12 UB Ii REi UEE Ii 图图7.1.6 7.1.6 权电流型权电流型D/AD/A转换器中的恒流源转换器中的恒流源 第11页/共38页 13 S3 S2S1S0 d3 d2d1d0 uo i0 (MSB) (LSB) TR R 2R IBC 偏置电流 RF 16 I 16 I 8 I 4 I 2 I UR(+) UR(-) UREF 2R2R2R2RR RR UEE(-) REF REF R U II R T3T2T1T0TC REF I 3E I 2E I 1E I 0E I EC I A1 + - A2 + - RR 图图7.1.7 7.1.7 利用倒利用倒T T型电阻网络

7、的实用权电流型电阻网络的实用权电流D/AD/A转换器转换器 第12页/共38页 14 1210 1210 2222 2 2 nnFREF onn n R FREF n n R R U udddd R R U D R (7.1.12) 第13页/共38页 15 模拟开关 倒T形电阻网络偏置电路 14 15 COMP ECC 13 16 GND 2 I0 4 d0d1d2d3d4d5d6d7 56789101112 基准 电流源 3 EEE UR+ UR- (LSB)(MSB) TA 图图7.1.8 DAC08087.1.8 DAC0808的电路结构框图的电路结构框图 第14页/共38页 16 d

8、1 d0 d2 d3 d4 d5 d6 d7 5 6 7 8 9 10 11 12 (LSB) 数 字 量 输 入 (MSB) ECC=+5V 14 15 2 4 16 3 0.01uF EEE=-15V 5K RF uo 5K 5K UREF 模拟量 输出 13 - + A DAC0808 图7.1.9 DAC0808的典型应用 第15页/共38页 17 8位输入 寄存器 8位DAC 寄存器 8位 DAC EREF IOUT2 IOUT2 Rfb AGND ECC DGND 10 20 3 9 11 12 813 14 15 16 4 5 6 7 DI0 (LSB) ILE CS WR1 W

9、R2 XFER DI7 (MSB) & & & Rfb 图图7.1.10 DAC08327.1.10 DAC0832功能示意图功能示意图 第16页/共38页 18 图图7.1.11 DAC08327.1.11 DAC0832的外引线排列图的外引线排列图 第17页/共38页 19 模拟多路 选择器 取样-保持 电路 量化-编码 电路 数字量 输出 模拟量 输入 控制信号 1 U 2 U n U 图图7.2.1 A/D7.2.1 A/D转换器的一般框图转换器的一般框图 第18页/共38页 20 第19页/共38页 21 Q3 Q2 Q1 Q4 7 6 5 4 3 2 1 A2 A1 A0 编码译码

10、缓冲量化 UR R/2 13R/14 11R/14 9R/14 7R/14 5R/14 3R/14 R/14 R/2 UiACP 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Q5 Q6 Q7 - + C6 - + C7 - + C5 - + C4 - + C3 - + C1 - + C2 图图7.2.2 7.2.2 并联比较型并联比较型ADCADC逻辑电路图逻辑电路图 图图7.2.27.2.2是一个三位二进制数码输出的并联比较型是一个三位二进制数码输出的并联比较型ADCADC逻辑电路图。它由电阻分压器、比较器、寄存器及

11、代码转换器等四部分组成。电阻分压器为比较器提供基准电压，作为量化刻度。三位二进制数可表示逻辑电路图。它由电阻分压器、比较器、寄存器及代码转换器等四部分组成。电阻分压器为比较器提供基准电压，作为量化刻度。三位二进制数可表示0 07 7的模拟量，基准电压的模拟量，基准电压+V+VR R被分压电阻分为八个量化电平，两相邻量化电平之差（即量化单位）被分压电阻分为八个量化电平，两相邻量化电平之差（即量化单位）S=US=UR R/7/7 第20页/共38页 22 第21页/共38页 23 表表7.2.1 7.2.1 图图7.2.27.2.2电路的真值表电路的真值表 第22页/共38页 24 第23页/共3

12、8页 25 第24页/共38页 26 C1 R C1 R C1 R & & & 3 F 2 F 1 F 1T1T1T 3 Q 2 Q 1 Q 1 G 2 G 3 G 2 b 1 b 0 b 三位 DAC 取 样 保 持 0 G CP S d R & 0 C +- C iA u 图图7.2.3 7.2.3 三位计数型三位计数型ADCADC原理电路图原理电路图 第25页/共38页 27 CP S d R s t k t 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 1234561234567 取样保持期 o v 图图7.2.

13、4 7.2.4 三位计数型三位计数型ADCADC时序图时序图 第26页/共38页 28 uiA 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1/8Um 5/8Um 3/8Um 7/8Um 1/2Um 3/4Um 1/4Um 图图7.2.5 7.2.5 逐次逼近逐次逼近ADCADC原理图原理图 第27页/共38页 29 1D C1 1D C1 1D C1 QQ & & & & & Q 1S C1 1R Q 1S C1 1R Q 1S C1 1R 3位DAC CP A B C LSB A R B R C R 1A F 1B F 1C F a G b G c G 1 G 2 G 3 G

14、2A F 2B F 2C F IAi UU IAi UU 1U 0U IA U I U + C 1D C1 2D F Q1D C1 Q 2E F Q 图图7.2.6 7.2.6 逐次逼近型逐次逼近型ADCADC电路图电路图 第28页/共38页 30 第29页/共38页 31 11 MSB 11 LSB 计数器 & R C iA u 2 s 1 s R u o u 01 OC uu 00 oC uu C u n F 1n F 1 F 0 F 1C 1C1C1C G CP K JQ 1K 1JQ 1K 1JQ 1K 1J Q C C 图7.2.7 双积分ADC原理图 第30页/共38页 32 iA

15、 u (7.2.9) iA u 2n iA R U U 式(7.2.9)表明计数器输出的二进制数正比于输入模拟电压 第31页/共38页 33 t1t2 tO (a) 积分器输出波形 O t （d）计数器第二次计的输入脉冲 Ot （c） CP脉冲波形 O t (b) 积分器输出波形 121 /()()/ iBB UtRCuttRC it U A RC CP C U o U 第32页/共38页 34 第33页/共38页 35 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 ADC0809 16 15 20 18 19 17 13 14 11 12 22 21 26 24 25 23 28 27 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC EN CLK VCC +VREF GND D7 D6 D5 D4 D3 D0 D1D2 -VREF ALE ADDC AD