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第 7 章

第 7 章. 第 7 章 数 / 模与模 / 数转换器. 7.1 数 / 模 (D/A) 转换器. 7.2 模 / 数 (A/D) 转换器. 7.3 模拟开关与采样 - 保持 （ S/H ） 电路. 上页. 下页. 返回. 第 7 章. 7.1 数 / 模 ( D/A ) 转换器. 7.1.1 T 型电阻网络 D/A 转换器. 7.1.2 集成 D/A 转换器举例. 上页. 下页. 返回. 第 7 章. 基 准 电 压. 输入寄存器. 电 子 开 关. 电 阻 网 络. 求 和 放 大. 7.1.1 T 型电阻网络 D/A 转换器.

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第 7 章

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  1. 第7章 第7章 数/模与模/数转换器 7.1数/模(D/A)转换器 7.2 模/数(A/D)转换器 7.3模拟开关与采样-保持（S/H）电路 上页 下页 返回

  2. 第7章 7.1数/模(D/A)转换器 7.1.1T型电阻网络D/A转换器 7.1.2集成D/A转换器举例 上页 下页 返回

  3. 第7章 基 准 电 压 输入寄存器 电 子 开 关 电 阻 网 络 求 和 放 大 7.1.1T型电阻网络D/A转换器 D/A的组成框图 模拟量输出 数字量输入 上页 下页 返回 翻页

  4. 第7章 基准电源 R R R A B C D UREF I3 I2 I1 I0 I 2R 2R 2R 2R 2R Rf S2 S0 S3 S1 电子开关 8 UO △ － Io1 ＋ ＋ _ Io2 + D3 D2 D1 D0 + T型电阻网络D/A转换器 梯形电阻网络A、B、C、D任意一点，其右边的电阻网络等效电阻均等于R。 模拟信号输出 并行数字输入 S为电子开关。 当 D=0时 S接地；当 D=1时 S接“地”（虚地）。 上页 下页 返回 翻页

  5. 梯形电阻网络A、B、C、D任意一点，其右边的电阻网络等效电阻均等于R。梯形电阻网络A、B、C、D任意一点，其右边的电阻网络等效电阻均等于R。 R R R A B C D UREF I3 I2 I1 I0 I 2R 2R 2R 2R 2R _ + S2 S0 S3 S1 + I 8 UO △ － UREF Io1 ＋ I = UREF ＋ R R Io2 D3 D2 D1 D0 第7章 T型电阻网络的等效电路 R 当 D=0时S 接地；当 D=1时S 接“地”（虚地）， 即不论模拟开关接到左边还是右边，电阻2R一端总是零电位。其等效电路如图： 上页 下页 返回 翻页

  6. 第7章 UREF I = UREF Rf UREF Rf R UO= – (Dn-1 2n-1+Dn-2 2n-2+…+D121+D020) UO= – (D3 23+D2 22+D121+D020) 2n R 24 R I R R R UREF A B C D I0 R R R Io1 A B C D = I3 I2 I1 I0 + + + = 24 （D3 23 +D2 22 + D121 + D020 ） UREF I3 I2 I1 I0 I I I3 I3 I2 I1 I1 I0 I2 2R 2R 2R 2R 2R Rf I 2R 2R 2R 2R = – （D3 23 +D2 22 + D121 + D020 ） Rf 24 S2 S0 S3 S1 8 UO △ － Io1 ＋ ＋ _ Io2 + D3 D2 D1 D0 + UO= –Rf I01 2R 上页 下页 返回 翻页

  7. 第7章 1 ≈0.001 210-1 D/A的主要技术参数 ※ 分 辨 率: 是指最小输出电压（ 对应的输入二进制数为1）与最大输出电压(对应的输入二进制数的所有位全为1)之比。 分辨率=1/（2n-1） 例如十位数模转换器的分辨率为： ※ 转换精度： 表示实际输出的电压值与理想的输出电压值之间的差别。 ※ 转换速度： 从数码输入到模拟电压稳定输出间的时间称为转换速度。 上页 下页 返回 翻页

  8. 第7章 Iout1 Iout2 GND D9 D8 RF 16 1 D7 UREF 15 2 D6 3 UDD 14 D5 D0 4 13 12 D1 5 D2 11 6 D3 10 7 8 D4 9 7.1.2集成D/A转换器举例 CC7520 D/A转换器 CC7520是10位CMOS电流开关型D/A转换器，其结构简单，通用性好。片内只含倒T型电阻网络、电子开关和反馈电阻RF，应用时外部要接参考电压源和运算放大器。 引脚功能 Iout1、Iout2：电流输出端 GND：接地端 D9~D0：数字信号输入端 UDD：电源输入端，5 ~ 10V UREF：基准电源，–10V ~ +10V RF：反馈信号输入端 CC7520 外部引脚图 上页 下页 返回 翻页

  9. 第7章 UREF UDD 15 14 D0 16 13 12 D1 CC7520 1 UREF U0 UO= – (D9 29+D8 28+…+D121+D020) …… 210 D9 2 4 3 _ + + CC7520 D/A转换器应用电路 上页 下页 返回 翻页

  10. 第7章 U02 _ + A2 + UREF +15V 15 14 4 16 D9 D8 5 6 CC7520 1 D7 A1 …… U01 2 D0 13 3 _ + + 程控三角波/方波发生器 10k 1k UO2 DZ C R2 20k R1 UO1 上页 下页 返回 本节结束

  11. 第7章 7.2模/数(A/D)转换器 概述 7.2.1 逐次逼近型A/D转换器 *7.2.2 双积分型A/D转换器 上页 下页 返回

  12. 第7章 主要分为 两大类： ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 概述： A/D 转换器的作用是将输入的模拟电压数字化。 直接转换器： 逐次逼近型、并联比较型等 间接转换器： 单积分型、双积分型等 上页 下页 返回 翻页

  13. 第7章 7.2.1逐次逼近型A/D转换器 逐次逼近的基本思想：类似于用天平称物 结果表示 上页 下页 返回 翻页

  14. 第7章 输出数字量 输 出 寄存器 模拟信号输入 电 压 比 较 器 节 拍 脉 冲 发 生 器 CP D/A 转换器 参考电压 逐次逼 近寄存器 逐次逼近型A/D转换器原理框图 上页 下页 返回 翻页

  15. 第7章 1 0 1 1 Q Q Q Q D D D D SD J Q0 C C C C C UR K U0= (d323+d222+d121+d020) RD 24 SD J Q1 C 0 K RD • 1 0 U+ • • SD J Q2 0 0 C 0 1 1 0 K • RD • 1 C SD J C0 Q3 C1 C K C2 RD C3 C4 d1 d3 d2 d0 逐次比较寄存器 • 数码寄存器 • • • • UR=8V 0 C4 C3 C2 C1 C0 节 拍 脉 冲 发 生 器 • • 0 D/A U0=4V 时钟 脉冲 U0=5.5V U0=6V U0=5V • 比较器 1 0 四 位 D/A 转 换 器 U0 0 U+ • 1 + • + • 1 0 • • Ui=5.52V • J K 四位逐次逼近型A/D转换器 上页 下页 返回 翻页

  16. 第7章 UA/V 6 5 该位1 的去留 顺序 4 d3 d2 d1 d0 比较 UA/V 3 2 1 脉冲 顺序 O 1 2 3 4 四位逐次逼近型ADC的转换过程 5.52 留 1 1000 4 UA<UI UA逼近UI的波形 2 UA>UI 1100 6 去 3 1010 5 UA<UI 留 4 1011 5.5 UA≈UI 留 UA逼近U1的波形 上页 下页 返回 翻页

  17. 第7章 D0 ~ D7：八位数字信号输出端 UCC：电源端， UCC=5V AGND：模拟地端 DGND：数字地端 CLKIN：外部时钟脉冲输入端 CLKR：内部时钟脉冲端 INTR：输出控制端 RD：读出端，低电平有效 WD：写入端，低电平有效 CS：片选信号，低电平有效 集成A/D芯片 ADC0801各管脚功能： UIN(+)、UIN(-)：模拟量输入端 ADC0801外引脚图 上页 下页 返回 翻页

  18. 第7章 *7.2.2双积分型A/D转换器 双积分型A/D转换器属于电压－时间变换的间接A/D转换器。 基本原理是将一段时间内的输入模拟电压 Ui 和参考电压UR 通过两次积分，变换成与输入电压平均值成正比的时间间隔，再变换成正比于输入模拟信号的数字量。 上页 下页 返回 翻页

  19. 第7章 & S2 脉冲 发生器 C A Ui R S1 控 制 逻 辑 电 路 _ －UR A1 _ B + uo + A2 + + 积分器 CP 比较器 计数器 数字量输出 双积分型A/D转换器原理图 上页 下页 返回 翻页

  20. 第7章 S2 uo 脉冲 发生器 T1 T2 C 0 t A Ui R S1 控 制 逻 辑 电 路 _ －UR A1 UP B _ + uo A2 + + 积分器 CP + CP 比较器 t 计数器 & 0 数字量输出 Dout t 0 1.定时采样阶段：S1合向A侧，从0开始对Ui积分。 A/D转换器的工作波形 上页 下页 返回 翻页

  21. 第7章 S2 uo 脉冲 发生器 T1 T2 C 0 t A Ui R S1 控 制 逻 辑 电 路 _ －UR A1 UP B _ + uo A2 + + 积分器 CP + CP 比较器 t 计数器 & 0 数字量输出 Dout t T1 TC 2n 0 - - UP Ui Ui = = RC RC t=T1 时，S1合向B侧，停止采样。t=t1积分器输出为 A/D转换器的工作波形 上页 下页 返回 翻页

  22. 第7章 S2 uo 脉冲 发生器 T1 T2 C 0 t A Ui R S1 控 制 逻 辑 电 路 _ －UR A1 UP B _ + uo A2 + + 积分器 CP + CP 比较器 t 计数器 & 0 数字量输出 Dout 2n t Dout = 1 ∫ t Ui - uo = dt 0 （–U R） UP U R RC T1 2.比较读数阶段： t≥ T1时，积分器的输出电压 上页 下页 返回 翻页

  23. 第7章 模数转换器的主要技术指标 分 辨 率 以输出二进制的位数表示分辨率。位数越多,误差越小,转换精度越高。 转换速度 它是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。 相对精度 它是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。 本节结束 上页 下页 返回

  24. 第7章 *7.3模拟开关和采样-保持电路 7.3.1模拟开关 7.3.2采样-保持（S/H）电路 上页 下页 返回

  25. 第7章 7.3.1模拟开关 模拟开关用于传输模拟信号，它主要由控制电路和开关电路两部分组成。 构成方式：双极型晶体管电路 MOS场效应晶体管 主要介绍由CMOS传输门构成的模拟开关和集成多路模拟开关。 上页 下页 返回 翻页

  26. 第7章 CP CP T1 Ui Uo TG Ui Uo Uo Ui TG UDD T2 D CP 1 CP Uo Ui D CMOS传输门 模拟开关 电路 图形符号 上页 下页 返回 翻页

  27. 第7章 0 1 2 输出 3 UDD 4 4 16 1 COMMON 5 2 6 15 2 6 1 COMMON 3 14 7 CC4051 7 0 4 13 12 5 3 5 译 码 电 路 INH A 11 6 UEE B 10 7 USS 8 C 9 电平转换电路 INH A B C CC4051模拟开关 上页 下页 返回 翻页

  28. 第7章 uo C （t） A2 A1 ui （t） 输入缓冲 放大器 uc （t） 输出缓冲 放大器 7.3.2采样-保持（S/H）电路 模拟开关 保持电容 上页 下页 返回 翻页

  29. 第7章 ui （t） uc （t） 保持 保持 采样 采样 采样 uo （t） 采样-保持电路波形图 0 t 0 t t 0 上页 下页 返回 本节结束

  30. 第7章 温度信号1 模拟 开关 信号 采集 电路 A/D转 换电路 数码显 示电路 放大滤 波电路 温度信号2 计算机 系统 说明：一般A/D转换后的数字信号直接送给计算机系统处理、显示、传输、打印和实现各种控制功能。本例中，用数码显示电路替代微机。 *7.4 非电量测量系统举例 温度测量系统原理框图： 上页 下页 返回 翻页

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