《ADDA电路设计》PPT课件

1、第五章数字模拟和模拟-数字转换、第五章数字模拟和模拟-数字转换、数字应用系统通常需要将通过传感器测量的物理量转换为传记信号，并发送到数字系统进行一定处理后的数字信号处理。同时，数字信号处理后获得的数据需要相应地处理并送回物理系统，以控制和控制系统的物理量。整个过程中，传感器输出的模拟传记信号必须先转换为数字信号，才能处理数字系统牙齿模拟信号。这种模拟到数字转换称为模拟/数字转换(ADC)。数字系统处理后获得的数字量将转换为称为数字/模式转换(DAC)的模拟量。ADC和DAC是连接数字系统和模拟系统的重要介面电路。第5章主要内容，5.1数/模块转换器5.2模式/数字转换器，5.1数/模块转换器，

2、5.1.1 DAC的主要规格DAC的主要规格如下：(1)分辨率分解率是DAC可以区分的最小模拟输出量(相应的数字DAC在理论上可以实现的转换精度)。对于N8位DAC，分辨率有时也直接表示为DAC输入二进制数字(例如，输入数量级n8，分辨率8位)。DAC的主要规范、(2)转换错误DAC内部电阻网络(VR、计算)等错误导致Vo和数字数量之间的郑智薰理想线性关系。这些错误主要包括比率错误(主要由基准电压偏差、运算放大器输入电阻偏差、反馈电阻偏差等引起)、漂移错误(主要由运算放大器0漂移等引起)和非线性错误(包括积分非线性错误和微分非线性错误)。主要由模拟开关的传导电阻、传导压降、电阻网络中各电阻的电

3、阻值不匹配等引起。转换错误通常以最低有效位倍数显示。例如，如果转换错误为，则输出模拟电压的绝对误差为。在某些情况下，它表示为输出电压总值的百分比。DAC的主要技术指标，(3)转换精度DAC的转换精度是可用于将数字数量转换为模拟的DAC电路精度。转换精度主要由分辨率和转换误差决定，分辨率越高，转换误差越小，转换精度越高。其中，分辨率是决定因素。DAC的主要规格，(4)转换速度DAC的转换速度主要由设置时间和转换速度说明。创建时间可以视为将数值量转换为稳定模拟信号状态所需的最大时间，也可以视为转换时间。通常，电流输出DAC的生成时间较短，电压输出DAC的生成时间较长。转换速度通常表示数字从最大转换

4、到最小转换，或从最小转换到最大输出电压的转换速度。其他指标包括信噪比、线性度、温度系数等。5.1.2 DAC选择，5.1.2 DAC选择设计电路系统时，面对林林的总DAC设备，如何选择所需的DAC设备？这需要综合考虑系统的规格、成本、功耗、安装等多个茄子因素。正如上一节中介绍的DAC的主要技术规范所示，在选择DAC时，首先要考虑的是DAC的转换精度和转换速度。当然，还必须考虑电源供应设备、基准电压、输入缓冲区、输出模式、工作控制、温度稳定性、功耗、包装、成本等其他要求。DAC选择、(1)转换精度转换精度与系统测量或控制的信号范围相关，但在估计时必须考虑其他因素。转换器位数必须至少是全精度所需的

5、最小分辨率之一。典型的DAC部件包括8、10、12、14、16、18、20和24位。DAC选择，(2)转换速度转换速度应由输入信号的最大频率确定，并且DAC转换速度应高于系统所需的采样频率。如果DAC转换速度较高，则必须使用DAC进行并行端口数据输入。与此同时，与之相配的运算放大器必须选择高速。如果对转换时间没有严格的要求，可选的高精度串行DAC(TLC 0832(10位，SPI介面)有助于减少微控制器或微处理器通信端口的使用。DAC选择，(3)电源电压电源电压分为单电源供应设备、双电源供应设备和各种电压范围。必须根据系统的电源供应设备考虑这一点。如果系统只能提供单个5V电源供应设备，请考虑使

6、用在5V上工作的单个电源DAC。如果对干涉要求不严格，DAC的模拟(AGND)和数字(DGND)牙齿可以直接共存。一般连接方法应仅连接到模拟和模拟系统的土地、数字和数字系统的土地以及系统电源。DAC选择，(4)基准电压DAC的基准电压是内部基准、外部基准和单基准、双基准分隔。如果系统对温度漂移没有严格的要求，可以使用通用基准电压源，如MC1403、LM336等。如果系统对温度漂移有严格的要求，则必须选择精密的低漂移设备，如LM199/299/399:温度系数1PPM/。动态内部电阻为0.5。器官稳定性为20ppm，稳定电压容差为2，有恒温加热器。DAC选择，(5)输入功能部分DAC的数字输入是

7、并行输入，部分输入是串行输入。有些DAC的数字以纯二进制输入，有些是8421 BCD代码。(6)输入缓冲寄存器DAC，在控制信号的作用下，在特定时间点输入的数字信号可以写入。主要有单缓冲区和双缓冲区。双缓冲区可用于DAC的级联扩展。DAC选择，(7)输出模式DAC设备的输出模式主要有电压输出和电流输出两种。电压输出可能需要双极模拟电压输出。电压输出DAC通常使用内置输出放大器输出到低阻抗输出。当然，也有直接从电阻阵列输出电压的设备，直接输出电压多用于高阻抗负载，并且由于输出放大器部分没有延迟，所以经常用于高速DAC。在典型应用中，很少直接利用电流输出型DAC的电流输出，可以通过大多数外部电流电

8、压转换电路(外部电流电压转换)获得电压输出。外部电流电压转换电路两种茄子方法：一种在输出针上连接负载电阻，二种在外部运算放大器。DAC选择，(7)输出模式将负载电阻负载连接至输出接脚，以执行电流电压转换，输出阻抗，通常很少使用。外部运算放大器电流电压转换，电路配置基本上与内置放大器的电压输出DAC相同。DAC设置时间增加了运算放大器延迟，导致响应速度减慢。此外，由于针脚的内部电容，运算放大器输出很容易振动，有时需要进行相位校正。Rail toRail(也称为rail to rail output)是业界第一个适用于运算放大器领域的新概念，它意味着输出电压的宽度可以达到输入电压范围，而DAC通常

9、意味着输出信号范围可以达到电源电压范围。DAC选择，(8)操作控制部分DAC没有寄存器，不需要外部传输控制信号，数字的任何变化都将立即反映为模拟输出量的变化，即直通。许多DAC设计为直接连接到微控制器或微处理器、内部工作控制的寄存器、外部微控制器或微处理器寄存器配置。有些需要切片选择、锁定、级别变换和其他控件。DAC选择，(9)功耗一般情况下，如果CMOS工艺芯片功耗低，而电池供电手持系统等功耗要求高，则应注意功耗指标。5.1.3 DAC应用程序，5.1.3 DAC应用程序1。具有4向输出的串行8位D/A转换器TLC5620 TLC5620是美国德州仪器公司制造的8位串行DAC，具有4向独立电

10、压输出和独立基准源，其输出可以编程为1倍或2倍，针脚图如图5.1.1所示，针脚功能在表5.1.1中进行了说明。图5.1.1 TLC5620的针脚图、DAC应用程序节目、表5.1.1 TLC5620的针脚功能、DAC应用程序节目、串行输入数据可以通过11个时钟连续输入或8组时钟输入。如果串行输入数据通过连续11个时钟输入输入：如果LDAC为低电平，LOAD为高电平，则串行输入数据DATA从时钟CLK的下降到TLC5620输入寄存器，完成所有数据输入后，通过LOAD的低脉冲将数据输出到选定的输出通道。时间序列波形图5.1。DAC应用节目，LDAC为高电平，LOAD为高工作日时，串行输入数据DATA

11、从时钟CLK的下降到TLC5620输入寄存器，完成所有数据输入后，通过LOAD的低脉冲将数据输出到内部锁定装置。必须通过LDAC的低脉冲将数据输出到选定的输出通道。DAC应用程序节目，串行输入数据通过两组8个时钟输入输入：组1时钟在8个TLC5620中输入A1、A0、RNG的输入寄存器，组2 8个时钟8位输入数据(D7D0)输入寄存器输入。LDAC低工作日时由LOAD控制的输出如图5.1.4所示。如果串行输入数据通过两组8个时钟输入输入：DAC应用程序节目，LDAC在高工作日时由LDAC控制的输出如图5.1.5所示。DAC应用程序节目，使用中TLC5620输出电路通常需要添加输出缓冲区电路，如

12、图5.1.6所示。电阻r的值必须大于10K。DAC应用程序，2 .12位电压输出D/A转换器TLV5613 TLV5613是基于电阻串行结构的12位单电源数字模拟转换器。其中包括8位并行输入介面、速度和断电控制逻辑、电阻字符串和导轨到导轨输出缓冲区。主要特性包括：与通用微控制器接口的8位并行输入接口。12位数据使用两个茄子输入(4个8位最低位最高位)。输出电压有两倍的增益。可编程实施时间可编程实施时间与功耗有关。也就是说，对于高速模式，速度为1s/4.2mW，对于速度较慢的模式，速度为3.5s/1.2mW。让设计师在速度和功能的关系中做出最佳选择。大功率电压范围：单个电源供应设备2.7V至5.

13、5V。整体温度范围单调变化为20英尺的SOIC封装(包括DW和PW两个茄子SOIC封装)，同步或异步刷新标准商用和工业温度范围。DAC应用程序、TLV5613可以用于数字伺服控制环路、电池供电测试仪表、数字偏移和增益曹征、产业过程控制、语音合成、机器和移动控制单元、大容量存储设备等。图5.1.7显示了TLV5613的针脚图。pin功能是DAC应用节目(如表5.1.6中所述)，图5.1.8是TLV5613和微控制器AT89C51的典型介面电路。在牙齿电路中，TLV5613的筹码销CS由AT89C51的I/O脚直接选择。在使用中，可以使用解码器生成的切片选择信号进行选择。LDAC保持高电压，因此刷

14、新输出电压由控制寄存器内的RLDAC位控制。将PWD连接到DADD，使硬件断电方案永久失效。DAC应用节目；为了获得最佳性能，建议GND、AVDD和DVDD徐璐使用其他电源平面。两个正电源平面(AVDD和DVDD)必须使用一个铁氧体磁体连接到同一个点。建议在DVDD和GND之间连接100nF陶瓷电容、AVDD和GND之间连接1F的钽电容器，并尽可能接近电源针脚。模拟信号和数字信号必须尽可能地分开。为了避免串扰，不能平行放置模拟输出引线和数字输入引线。DAC应用程序，3 .用于双缓冲输入的14位D/A转换器AD7535 AD7535是具有美国模拟设备公司(ADI)生产的双缓冲输入的14位DAC产

15、品。AD7535具有标准筹码选择和内存写入逻辑，与微处理器界面完全兼容，可以通过多字节输入寄存器(6位)和多字节输入寄存器(8位)分别控制数据输入和8位微处理器或16位微处理器界面。DAC应用程序节目AD7535主要由14位DAC转换器、14位DAC寄存器、6位8位数据寄存器和控制介面逻辑组成。内部结构如图5.1.9所示。DAC应用程序节目和AD7535主要由三个茄子包组成：DIP、LCCC和PLCC。共28个接脚，接脚排序顺序相同。对齐DIP封装的针脚排列，如图5.1.10所示。pin功能，AD7535和89C51微控制器介面，AD7535和89C51微控制器介面，14位数据分别与高6位和低

16、8位数据输入寄存器89C51的8位数据总线(8位数据)与高6位相关联，并且必须与低8位相关联。AD7535和89C51微控制器介面；图5.1.11中的AT89C51微控制器8位数据总线P0.0P0.7和AD7535中的低8位数据输入线顺序连接P0.0P0.5低6位总线和AD7535中的高6位数据输入(DB8DB15) 74SL138解码器三个89C51微控制器“仅写”外部RC AD7535高6位寄存器/CSMSB单元地址为2000H，低8位寄存器/CSLSB单元地址为4000H，14位数据的高6位数据位于89C51微控制器内部RAM的20H单元行6位，转换数据的低8位位于21H单元，介面节目A

17、D7535的D/A转换介面程序如下：DAC: MOV DPTR，# 2000H高6位数据输入寄存器地址mov a，20h将高6位数据发送到输入寄存器movxdptr、a mov dptr、# 4000h。低8位数据输入寄存器地址mov a，21h将低8位数据发送到输入寄存器movxdptr、a mov dptr、# 6000h。启动AD7535的14位d/a movx dptr，a；转换、5.2模式/数字转换器、5.2模式/数字转换器模数转换器是将时间连续和振幅连续模拟输入信号转换为时间离散、振幅和离散n位二进制数字输出信号的电路。模数转换器(ADC)通常通过四个茄子过程：采样、维护、量化和编码。在实际电路中，一些过程(如采样和保持、量化和编码)在转换过程中同时实现。5.2.1 ADC的分类，5.2.1 ADC的分类根据其工作方式，可以将ADC分为直接ADC和间接ADC。直接ADC可以将模拟信号计算机直接转换为数字信号形式，这种转换器运行得很快。直接ADC主要是并行比较/串行比较ADC、反馈比较ADC和连续近似ADC。间接ADC首先将模拟信号(例如时间、频率等)转换为中间量(例如时间、频率等)，然后将中间量转换为数字信号()，因此转换速度很慢。间接ADC主要有积分型ADC、-型ADC和压力频率转换型ADC。下面简要介绍了这几种茄子ADC的基