数字电子技术（第2版）课件 ch10转换器及应用

第10章D/A和A/D转换器及应用电子电气基础课程规划教材数字电子技术(第2版）01概

述PARTONE电子技术的发展使得数字系统与模拟系统可以独立研究、单独设计，而两者之间通过模/数(A/D)转换器和数/模(D/A)转换器联系在一起。A/D转换器将模拟信号转换成相应的数字信号，送到数字系统进行处理；处理后的结果通过D/A转换器转换成相应的模拟信号，作为模拟系统的输入。一个典型的计算机检测与控制系统示意图如图10.1.1所示。生产过程中的各种物理量，通过传感器变成模拟电信号，再通过A/D转换器变成数字信号，经过数字系统或计算机处理后，通过D/A转换器将处理结果还原成模拟信号，最后对生产过程进行控制。被监控的物理量可以是温度、湿度、压力或气体浓度等。通过图10丄1所示的闭环测控系统，可以很方便地构建诸如恒温、恒湿控制或压力、气体浓度报警等电路。为了保证处理结果的准确性，A/D转换器和D/A转换器必须要有足够的转换精度。同时，为了适应快速过程的检测和控制需要，A/D转换器和D/A转换器必须要有足够快的转换速度。因此，转换精度和转换速度是衡量A/D转换器和D/A转换器性能优劣的主要参数。02D/A转换器PARTTWO权电阻网络D/A转换器本节主要介绍权电阻网络D/A转换器，及倒T型电阻网络D/A转换器的内部结构和工作原理。此外，还对D/A转换器的主要性能参数、常用D/A转换器件进行介绍。一个n位的二进制数用Dn=dn-1dn-2…d1d0表示，则从最高位(MostSignificantBit，MSB)到最低位(LeastSignificantBit，LSB)的权值依次为2n-1，2n-2，…，21，20。一个4位权电阻网络D/A转换器的原理图如图10.2.1所示。整个电路由权电阻网络、4个电子开关S0〜S3和一个求和运算放大器组成。电路的输入数据是4位二进制数字量D(d3d2d1d0)，输岀是模拟电压uO，工作时还需要一个外部基准电压VREF。权电阻网络D/A转换器权电阻网络D/A转换器图10.2.1所示电路中运算放大器的同相输入端接地，因此反相输入端为“虚地”。4个权电阻的公共端接基准电压VREF，4位二进制数字量由输入端d3、32、d1、d0并行输入，分别用于控制电子开关S3、S2、S1、S0。当某一位二进制数4为“1”时，对应开关Si置向运放反相输入端，即“虚地”，支路电流Ii汇集流入反馈电阻RF；当必为“0”时，对应开关Si置向运放同相输入端，即直接接地，支路电流Ii不能流入反馈电阻RF。无论电子开关Si置向运放的反相输入端（“虚地”），还是同相输入端（接地），即无论输入di为“1”还是“0”，各支路电流Ii大小是不变的，即而改变的是各支路电流之和妃（即反馈电阻电流上），它与各支路电流赤和输入数字量di之间的关系为权电阻网络D/A转换器由式（10.2.4）可得出，对于n位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻为R/2时，输出电压的计算公式为权电阻网络D/A转换器由式（10.2.5）可知，n位权电阻网络D/A转换器的输出模拟电压正比于输入的数字量Dn，从而实现了从数字量到模拟量的转换。当Dn=0时，uO=0，当Dn=11…11时，故uO的最大变化范围是。权电阻

网络D/A转换器的优点是结构比较简单，所用电阻元件数较少。缺点是各个权电阻的阻值相差较大，尤其在输入数字量的位数较多时，该问题就更加突出，会给集成制造工艺带来巨大的困难。例如，当数字量为8位时，若最小权电阻R=10kΩ，则最大权电阻将达到27R=1.28MΩ。要在极为宽广的阻值范围内保证每个电阻都有很高的精度是十分困难的。倒T型电阻网络D/A转换器在倒T型电阻网络D/A转换器中，只有R和2R两种阻值的电阻，这非常有利于集成电路的设计和制造。一个4位倒T型电阻网络D/A转换器的原理图如图10.2.2所示。整个电路由4位倒T型电阻网络、4个电子开关S0〜S3和1个运算放大器组成。电路的输入数据是4位二进制数字量D（d3d2d1d0），输出是模拟电压uO，工作时还需要一个外部基准电压VREF。倒T型电阻网络D/A转换器图1022所示电路中运算放大器的同相输入端接地，因此反相输入端为“虚地”。4位二进制数字量由输入端d3、d2、d1、d0并行输入，分别用于控制电子开关S3、S2、S1、S0。当某1位二进制数di为“1”时，对应开关置向运放反相输入端，即“虚地”，支路电流Ii汇集流入反馈电阻RF；当di为“0”时，对应开关Si置向运放同相输入端，即直接接地，支路电流Ii不能流入反馈电阻RF。与权电阻网络D/A转换器类似，无论电子开关S，•置向运放的反相输入端（“虚地”），还是同相输入端（接地），即无论输入di为“1”还是“0”，各支路电流Ii大小是不变的。在计算倒T型电阻网络中各支路电流时，可将电阻网络等效地变换成图10.2.3所示的形式。不难看出，从AA、BB、CC、DD每个端口向右看，等效电阻都是R，因此从基准电压源VREF流入倒T型电阻网络的总电流I=VREF/R，而每个支路的电流依次为：倒T型电阻网络D/A转换器倒T型电阻网络D/A转换器电子开关S，•置向运放的反相输入端（“虚地”），或同相输入端（接地），不会改变每个支路电流Ii的大小，改变的是各支路电流之和iΣ（即反馈电阻电流上），它与各支路电流Ii和输入数字量di之间的关系为时序控制电路设计由式（10.2.9）可知，n位倒T型电阻网络D/A转换器的输出模拟电压正比于输入的数字量Dn，从而实现了从数字量到模拟量的转换。倒T型电阻网络D/A转换器最大的优点是：无论输入数字量如何变化，流过基准电源及各支路的电流始终不变，因此不需要电流建立时间，这有利于提高D/A转换的速度。另外，倒T型电阻网络中只有夫和2R两种阻值的电阻，便于集成制造。因此，相对于权电阻网络D/A转换器，倒T型电阻网络D/A转换器应用更加广泛。D/A转换器的主要性能参数D/A转换器的主要性能参数包括：转换精度和转换速度。1.D/A转换器的转换精度对于D/A转换器，通常用分辨率和转换误差来描述其转换精度。（1）分辨率分辨率可用D/A转换器输入二进制数的位数来表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的状态，能给出2n个不同等级的输出电压。因此，以输入二进制数的位数定义的分辨率能表示D/A转换器可以达到的精度。此外，还可以用D/A转换器能分辨的最小输出电压（即输入二进制数最低位为“1”，其余位为“0”）与最大输出电压（即输入二进制数全部位为“1”）的比值来定义分辨率。因此，n位D/A转换器的分辨率为例如，对于10位的D/A转换器，其分辨率为D/A转换器的主要性能参数（2）转换误差由于D/A转换器的各个环节在参数、性能上与理论值之间不可避免存在差异，因此实际的D/A转换结果是存在转换误差的。转换误差可以用最低有效位（LSB）的倍数表示。1个LSB是指输入二进制数最低位为“1”，其余位为“0”时对应的D/A转换器的输出电压，即能分辨的最小输出电压。若某D/A转换器的转换误差为LSB/2，则表示其实际输出电压与理论值之间的绝对误差小于等于当输入二进制数为“00…01”时输出电压的一半。此外，还可以用输出电压满刻度FSR（FullScaleRange）的百分数表示输出电压误差绝对值的大小。而FSR是指输入二进制数全部位数为“1”时对应的D/A转换器的输出电压，即最大输出电压。D/A转换器的主要性能参数导致D/A转换器产生误差的原因有基准电压4ef的波动、运算放大器的零点漂移、电子开关的导通内阻及导通压降、电阻网络中电阻值的偏差等。各种因素所导致的转换误差，其特点也不相同。由式（10.2.9）可知，因基准电压波动△VREF引起的误差电压该式表明，在基准电压波动△庇f一定的情况下，△u01的绝对值与输入二进制数Dn的大小成正比。因此，将这种由基准电压波动引起的转换误差称为比例系数误差。由运算放大器的零点漂移所导致的误差电压△u02与输入二进制数以的大小无关，但它会使得实际的输出电压在原有基础上向上或向下发生偏移。因此，将这种由运算放大器的零点漂移所导致的误差称为漂移误差或平移误差。D/A转换器的主要性能参数由于每个电子开关的导通内阻及导通压降不可能完全相同，电阻网络中电阻值的偏差也不可能每个都一样，因此所产生的误差电压△細3既非常数，也不会和输入二进制数Dn成正比。因此，将这一类性质的误差称为非线性误差。以上几类误差，不存在确定的函数关系，所以最坏情况下输出的总误差为它们的绝对值之和，即以上分析表明，为了获得高精度的D/A转换，单纯选择高分辨率的D/A转换器件是不够的，还必须要有高稳定度的基准电压源，并且要有低漂移的运算放大器与之配合。D/A转换器的主要性能参数2.D/A转换器的转换速度D/A转换器的转换速度通常用建立时间tset来定量描述，它是指输入二进制数发生变化，直到输出电压进入与稳态值相差土½LSB范围以内的这段时间。输入二进制数变化越大，建立时间越长。因此，通常用输入二进制数从全“0”变为全“1”时的建立时间来衡量D/A转换器的转换速度。对于外接运算放大器的D/A转换器，运算放大器的建立时间将成为D/A转换器建立时间tset的主要成分。为了获得更快的转换速度，应选择转换速率更快的运算放大器。常用D/A转换器件及应用D/A转换器件的种类很多。以输入方式分类有串行输入型和并行输入型；以输出方式分类有电流输出型和电压输出型；以输出通道分类有单通道输出型和多通道输出型。实际应用时，应根据转换精度、转换速度、价格、封装类型及工作电压等因素去综合选择器件类型。1.D/A转换器AD752010位倒T型电阻网络D/A转换器AD7520的电路原理图如图10.2.4所示，其中虚线框部分为AD7520的内部结构，包含倒T型电阻网络、电子开关和反馈电阻，不含运算放大器。AD7520的10位数字量釆用并行输入，转换结果采用电流型输出，实际使用时需要外接运放和基准电压源。另外，为降低电子开关的导通内阻，供电电压一般在10V左右。常用D/A转换器件及应用常用D/A转换器件及应用AD7520的外部引脚图如图10.2.5所示，引脚功能描述如表10.2.1所示。AD7520的主要性能参数有：分辨率为10位，转换周期（速度）为500ns，线性误差为±½LSB（或0.05%FSR），温度系数（输出模拟电压随温度变化而变化的量）为0.001%/°C。常用D/A转换器件及应用例10.2.2用AD7520设计一个输出电压为0〜5V的锯齿波发生电路。解：该电路可由10位二进制加法计数器、AD7520及集成运算放大器组成，如图10.2.6所示。要求输出电压为0〜5V，因此基准电压VREF选用-5V。10位二进制加法计数器从全“0”增加到全“1”，电路的输出电压u0从0增加到最大值。计数是周而复始的，因此输出电压也会按计数周期从0到最大值循环变化，从而产生周期性的锯齿波，如图10.2.7所示。常用D/A转换器件及应用TLC5615是一个串行10位输入、电压输出型的D/A转换器，只需要3根连线就可以实现10位D/A转换数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或微控制器（单片机）连接，应用十分广泛。TLC5615主要特性有：单5V电源工作、3线串行接口、高阻抗基准电压输入端、转换输出的最大电压为2倍基准输入电压、上电时内部自动复位、最大功耗为1.75mW、最大转换频率（速率）为80kHz。釆用8脚直插式封装的TLC5615的外部引脚图如图10.2.8所示，引脚功能描述如表10.2.2所示。一般情况下，TLC5615的高电平输入电压不得低于2.4V，低电平输入电压不得高于0.8V，负载电阻不得小于2kΩ。常用D/A转换器件及应用TLC5615的工作时序如图10.2.9所示。当片选CS为低电平时，待D/A转换的数据按时钟SCLK的节拍从DIN端口同步串行输入，且高位在前，低位在后。在每一个SCLK的上升沿将串行输入数据的一位移入内部的16位移位寄存器；每一个SCLK的下降沿将16位移位寄存器数据的一位从DOUT端口送出；在片选CS的上升沿将16位移位寄存器的10位有效数据锁存于10位D/A转换寄存器，供转换电路进行D/A转换。常用D/A转换器件及应用当片选CS为高电平时，待D/A转换的数据不能按时钟SCLK的节拍从DIN端口同步送入16位移位寄存器，DOUT端口保持最近的数值不变而不进入高阻状态。由此可见，要想串行输入和输出数据必爽茜足两个条件：第一，时钟SCLK发生有效跳变；第二，片选CS为低电平。另外，当片选CS为高电平时，输入时钟SCLK应当为低电平，且CS的上升和下降沿都应发生在SCLK为低电平期间。常用D/A转换器件及应用TLC5615的16位移位寄存器分为高4位虚拟位、低2位填充位以及中间的10位有效位。TLC5615在使用时有两种方式，即级联方式和非级联方式。在非级联方式下，只需从DIN端口串行输入12位数据，在这12位数据中，前10位为输入的D/A转换数据，且输入时高位在前，低位在后，后两位为填充位，通常取为0。在级联方式下，可以将本片TLC5615的DOUT端口连接到下一片的DIN端口，且需要向16位移位寄存器按顺序输入高4位虚拟位、10位有效位和低2位填充位，由于增加了高4位虚拟位，所以整个过程需要16个时钟脉冲。图10.2.10所示为TLC5615和AT89C51单片机的硬件连线图。其中，AT89C51的P1.0〜P1.2分别连接TLC5615的片选CS，串行时钟输入端SCLK和串行数据输入端DIN。TLC5615釆用非级联方式，基准电压VREF选为2.048V，则其最大转换输出电压为4.096V。常用D/A转换器件及应用3.D/A转换器DAC0832DAC0832是一种并行8位输入、电流输出型的D/A转换器，内部釆用了倒T型电阻网络结构，D/A转换的建立时间(转换速度)为诉。DAC0832的外部引脚图如图10211所示，引脚功能描述如表10.2.3所示。DAC0832内部有两个寄存器，即输入寄存器和DAC寄存器。当ILE为高电平、CS和WRi为低电平时，输入寄存器工作在写直通状态，否则工作在数据锁存状态；当XFER或和WR2为低电平时，DAC寄存器工作在写直通状态，否则工作在数据锁存状态。因此，DAC0832在使用时有三种连接方式：单缓冲工作方式、双缓冲工作方式和直通工作方式。常用D/A转换器件及应用常用D/A转换器件及应用对于单缓冲工作方式，在不要求多个D/A转换器同时输出时，可釆用此方式。此时，DAC0832内部两个寄存器一个工作在受控锁存状态(即根据控制信号在数据锁存状态和写直通状态之间交替工作)，一个工作在写直通状态。这样只需一次写操作，就开始转换，可以提高D/A的数据吞吐量。对于双缓冲工作方式，DAC0832内部两个寄存器都工作在受控锁存状态，可在输出的同时，釆集下一个数据，提高了转换速率；也可在多个转换器同时工作时，实现同步转换输出。DAC0832的直通工作方式如图10.2.12所示，此时DAC0832内部两个寄存器都工作在写直通状态，输出随输入二进制数的变化而随时变化。由于DAC0832是电流型输出，为了转换成电压，还必须外接一个运算放大器，芯片内部已设置了一个反馈电阻，因此只要将DAC0832的Rf引脚与运算放大器的输出端连接即可，此时输出u0为位数码管显示驱动电路设计其中，D为8位二进制输入数据，范围在0〜255之间，VREF为外接的基准电压。若需要增大运算放大器增益，可在RF引脚与运算放大器的输出端之间再串接一个电阻。03A/D转换器PARTTHREEA/D转换器的种类很多，根据转换方法的不同有：并联比较型，其特点是转换速度快，但转换精度不高；反馈比较型，又包括计数型和逐次逼近型，其中逐次逼近型转换精度高，且转换速度较快；双积分型，其特点是转换精度高，抗干扰能力强，但转换速度较慢。根据工作原理的不同，A/D转换器可分为直接转换型和间接转换型。直接型A/D转换器可直接将模拟信号转换成数字信号，工作速度快，并联比较型和反馈比较型A/D转换器就属于这一类；而间接型A/D转换器需要将模拟信号先转换成中间量（如时间、频率等），然后再将中间量转换成数字信号，工作速度相对较慢，如双积分型A/D转换器就属于间接型A/D转换器。下面首先介绍A/D转换原理，然后介绍并联比较型、反馈比较型和双积分型A/D转换器的工作原理，最后对A/D转换器的主要性能参数、常见A/D转换器件及应用进行介绍。A/D转换原理模拟量在时间和幅值上都是连续的，A/D转换是要得到在时间和幅值上都离散的数字量。因此，转换只能是在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号进行釆样，然后再转换成输出的数字量。A/D转换首先是对输入的模拟电信号进行釆样，采样的结果要保持一定的时间，而在这段时间内完成对采样结果的量化编码。然后，再开始下一次A/D转换。1.采样与保持如图10.3.1所示，釆样就是将时间上连续变化的信号旳转换为时间上离散的信号us（釆样信号）。为了能从采样信号中恢复原来的被采样信号，釆样脉冲彼l必须要有足够高的频率。根据采样定理可知A/D转换原理其中，公为采样脉冲频率，fimax为输入模拟信号的的最高频率分量的频率。在满足釆样定理的情况下，可用低通滤波器将处还原为的。该低通滤波器的电压传输系数在低于fimax的范围保持不变，而在fs-fimax以前应迅速衰减为0，如图10.3.2所示。A/D转换器的釆样频率必须高于式（10.3.1）所规定的频率。提高采样频率必然使每次转换的时间相应缩短，即要求转换电路有更快的转换速度。因此，釆样频率不能无限制地提高，通常取fs=(3～5)×fimax即可。A/D转换需要一定的时间，因此每次采样后，需要把釆样电压保持一定的时间，如图10.3.1所示的采样-保持信号uSH。由于转换是在釆样结束后的保持时间内完成的，因此转换结果所釆样电压需要保持一定的时间，可由对应的模拟电压是每次釆样结束时的S值。A/D转换原理A/D转换原理釆样电压需要保持一定的时间，可由釆样-保持电路来完成。图10.3.3所示为基本形式的釆样-保持电路。在釆样脉冲uL高电平期间，开关管VT导通，uI向电容C充电，运算放大器构成同相电压跟随器，使得“uO跟随uI的变化而变化；而在釆样脉冲uL低电平期间，开关管Vt截止，考虑到运算放大器A有很高的输入阻抗，可认为电容C上的电荷不被泄放，因此uO保持米样最后一刻的电压不变，直到下一次采样。A/D转换原理图10.3.4所示是常用集成采样-保持电路LF398的电路结构及其典型接法。其中，A1、A2为两个运算放大器，S为电子开关，L是逻辑控制电路。uL和VREF是逻辑控制电路的输入，当uL>VREF+VTH时，S闭合，为采样阶段；当uL<VREF+VTH时，S断开，为保持阶段。VTH为阈值电压，约为1.4V，而VREF+通常接地。另外，图10.3.4所示LF398电路结构中的二极管D1、D2组成了双向限幅保护电路，避免由于A1的输出进入饱和状态而使开关S承受过高的电压。LF398的2脚是失调调整输入端，通过调整失调电压Vos，可使u1=0时，u0=0。A/D转换原理2.量化与编码釆样只是将模拟信号在时间上离散化，而数字信号不仅在时间上是离散的，在幅值上也是离散的。因此，釆样后的信号还需要做进一步的处理。A/D转换原理釆样只是将模拟信号在时间上离散化，而数字信号不仅在时间上是离散的，在幅值上也是离散的。因此，釆样后的信号还需要做进一步的处理。任何一个数字量只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。在进行A/D转换时，必须将釆样-保持电路的输出电压表示为这个最小数量单位的整数倍，这一过程称为量化，所取的最小数量单位称为量化单位，用△表示。显然，数字信号最低有效位为1，其他位为0时所代表的数量就等于△，即1LSB。将量化的结果用代码（可以是二进制的，也可以是其他进制的）表示出来，称为编码。这些代码也就是A/D转换的输出结果。量化过程中，釆样电压不一定能被△整除，因此量化后的结果必然存在误差，这种误差称为量化误差，用8表示。量化误差是原理性误差，是不可避免的，但可以通过合理选择量化电平、增大量化级数来尽量减小。并联比较型A/D转换器输出n位的并联比较型A/D转换器的内部结构如图10.3.5所示，它由2n-l个电压比较器、一个2n-l位的寄存器、一个n位输出的优先编码器及由2n个精密电阻组成的基准电压分压网络构成。并联比较型A/D转换器基准电压VREF通过2n个精密电阻构成的分压网络，得到2n-1个量化电平送至比较器的反相输入端。输入电压uI与各个比较器的量化电平进行比较，产生2n-1位的二进制码，在时钟CP上升沿锁入寄存器，最后通过优先编码器得到n位的二进制数（dn-1〜d0），完成模拟信号到数字信号的转换。显然，输入电压的不同（落在不同的量化区间），比较得到的2n-1位的二进制码（Qn-1〜Q0）也会不同，因而最后通过优先编码器得到的〃位二进制数（dn-1〜d0）也不会相同。表10.3.1所示为3位并联比较型A/D转换器的代码转换表。反馈比较型A/D转换器并联比较型A/D转换器最大的优点是转换速度快（如8位并联比较型A/D转换器的转换时间可达50ns以下）；另外，电路中包含寄存器，因此可以不附加采样-保持电路。缺点是要使用很多的电压比较器和触发器，而且分辨率每提高一位，元件数量就要增加一倍，成本也会相应增高。反馈比较型A/D转换器的基本原理是取一个数字量加到D/A转换器上，得到一个对应的输出模拟电压，将该模拟电压与待转换的输入模拟电压一并送到电压比较器进行比较，若不相等，则调整所取的数字量，直到两个模拟电压相等为止，最后所取的数字量就是A/D转换的结果。常见的反馈比较型A/D转换器有计数型和逐次逼近型两种。反馈比较型A/D转换器1.计数型A/D转换器计数型A/D转换器的内部结构如图10.3.6所示。转换开始前计数器复位为零，转换控制信号uL为低电平，G门被封锁，计数器不工作。由于计数器输岀为零，因此经D/A转换器输出的模拟电压u0。也为零。待转换电压uI为正电压，因此比较器输岀uB为高电平。反馈比较型A/D转换器开始转换时uL变为高电平，脉冲源经G门送至计数器CLK端，计数器开始计数。随着计数的进行，D/A转换器输出的模拟电压u0也不断增加，当增至u0等于uI时，比较器输出期由高电平变为低电平，使G门被封锁，计数停止。此时，计数器中所存的数码就是所需的A/D转换结果。计数过程中，计数值不断变化，不宜直接输出。为此，在输出端设置了输出寄存器，每次转换结束后，由外信号的下降沿将计数器的数码置入输岀寄存器，并以输出寄存器的结果作为最终的输出信号。计数型A/D转换器最大的缺点是转换时间比较长，当输出n位二进制数码时，最长的转换时间可达2n-1倍的时钟信号周期。但计数型A/D转换器电路结构简单，因此适用于对转换时间没有严格要求的场合。反馈比较型A/D转换器反馈比较型A/D转换器2.逐次逼近型A/D转换器为了提高转换速度，在计数型A/D转换器的基础上提岀了逐次逼近型A/D转换器，其内部原理结构如图10.3.7所示。它以逐次逼近寄存器和控制逻辑替代了计数型A/D转换器中的计数器，以对半查找的方式快速逼近输入模拟电压。因此，逐次逼近型A/D转换器的转换速度要优于计数型A/D转换器。转换开始前先将逐次逼近寄存器清零。转换开始时，控制信号uL变为高电平，在时钟信号的作用下首先将逐次逼近寄存器最高位设置成1，使寄存器输出为100…00，该数字量被D/A转换器转换成相应的模拟电压输出uo，并送至比较器与输入电压uI进行比较。若uo大于uI的，说明数字量过大，则这个最高位的1应该去掉；若uo小于uI，说明数字量还不够大，则这个最高位的1应该保留。以同样的方法将次高位置1，并比较uo与uI的大小，以确定次高位的1是否应该保留。这样逐位比较下去，直到最低位比较完成为止。这时逐次逼近寄存器中所存的数码就是所需的A/D转换结果。反馈比较型A/D转换器对于n位的逐次逼近型A/D转换器，完成一次转换所需要的时间为n+1个时钟周期，比计数型A/D转换器要快得多；同时，在电路规模上要比并联比较型A/D转换器小得多。因此，逐次逼近型A/D转换器是目前集成A/D转换器产品中应用较为广泛的一种类型。双积分型A/D转换器双积分型A/D转换器是一种间接型A/D转换器。它将输入模拟电压信号转换成与之成正比的时间宽度信号，同时在这个时间宽度里对固定频率的时钟脉冲计数，计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字信号。因此，双积分型A/D转换器也称为电压-时间变换型（简称V-T变换型）A/D转换器。双积分型A/D转换器的内部结构如图10.3.8所示，包括反相积分器、比较器、计数器、控制逻辑和时钟脉冲源几个部分。双积分型A/D转换器转换开始前，计数器清零，转换控制信号uL置为低电平，开关So接通，使积分电容C完全放电，即起始积分器输岀电压u0为0。开始转换时，转换控制信号处变为高电平，整个转换过程分两步进行。第一步，将开关S1置向输入电压信号为一侧，让积分器对的进行固定时间幻的积分。输出电压u0从0开始逐渐下降，积分结束时，积分器的输出电压u0（小于0）为式（10.3.2）表明，在T1为固定值的情况下，积分器的输出电压u0正比于输入电压uI。第二步，将开关SI置向基准电压-VREF一侧，积分器向相反方向积分，输出电压u0从第一步积分结束时的电压开始逐渐上升。若积分器输出电压约上升到u0时所经历的时间为T2，则有由式（10.3.3）可知，反向积分到输出电压初0为0的这段时间徐与输入电压信号T2成正比，即将输入模拟电压信号的转换成了与之成正比的时间宽度信号T2。让计数器在T2这段时间内对固定频率为fc（fc=1/Tc）的时钟脉冲CLK计数，则计数的结果D）也一定与uI成正比，即若取T1为Tc的整数倍，且满足T1=2nTc，则上式可化为至此，就将一个范围在0〜VREF之间的输入模拟电压uI转换成了n位的数字量D。总体电路设计双积分型A/D转换器的优点是：第一，抗干扰能力强，积分采样对交流噪声有很强的抑制能力，若选择积分时间幻为20ms的整数倍，则可有效地抑制工频干扰；第二，具有良好的稳定性，可实现高精度转换，双积分型A/D转换器通过两次积分，使得转换结果与R、C参数无关，因此可以用精度很低的元件实现精度很高的A/D转换。当然，双积分型A/D转换器也有很明显的缺点，即转换速度慢。完成一次转换至少需要（T1+T2）的时间，一秒钟只能完成几次到十几次的转换。因此，它适合精度要求高、抗干扰能力强而转换速度要求不高的场合。总体电路设计A/D转换器的主要性能参数有转换精度和转换速度。1.A/D转换器的转换精度与D/A转换器类似，A/D转换器通常也釆用分辨率和转换误差来描述转换精度。（1）分辨率分辨率以A/D转换器输出二进制数（或十进制数）的位数表示，它说明了A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力，位数越多，对输入模拟信号的分辨能力就越强。例如，输入模拟电压的范围为0〜5V，输出8位二进制数可以分辨的最小输入模拟电压为5V/28≈19.53mV；而输出10位二进制数可以分辨的最小输入模拟电压为5V/210≈4.88mV。A/D转换器的主要性能参数（2）转换误差转换误差通常以输出误差最大值的形式给出，是指A/D转换器实际输出的数字量和理论上输出的数字量之间的差别，通常以最低有效位的倍数给出。例如，某A/D转换器的转换误差＜±1LSB，则表明实际输出的数字量和理论上应得的输出数字量之间的误差小于1个LSB。A/D转换器的主要性能参数2.A/D转换器的转换速度转换速度可由转换时间来衡量。转换时间是完成一次A/D转换所需要的时间，是指从接收到转换控制信号开始，到输出得到稳定的数字量所经历的时间。转换速度主要取决于转换电路的类型，不同类型的A/D转换器，其转换速度相差甚远。双积分型A/D转换器的转换时间在几十毫秒到几百亳秒之间；逐次逼近型A/D转换器的转换时间在10〜50μ3之间；并联比较型A/D转换器的转换时间可达10ns。A/D转换器的主要性能参数A/D转换器件的种类较多，实际应用时应根据设计的误差要求、被测信号的频率，以及电路结构形式来确定所需A/D转换器的转换精度、转换速度、以及接口和封装形式等参数。1.A/D转换器ADC0809ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器，具有8路模拟输入通道，可通过3位地址码选择，输入模拟电压范围为0〜+5V；分辨率为8位，转换误差小于±1LSB；采用单+5V电源供电；三态输出，与TTL电平兼容；功耗低，约为15mW；转换速度与外接时钟频率有关，典型时钟频率为640kHz，转换时间约为