1、Digital Electronics Technology11:33:27第十一章第十一章 数数-模（模（D/A）和模）和模-数（数（A/D）转换）转换Digital Electronics Technology11:33:27555定时器能实现几种脉冲产生功能？电容在脉冲电路中扮演怎样的角色？Digital Electronics Technology11:33:2711.1 概述概述Digital Electronics Technology11:33:27一、用途及要求一、用途及要求传感器放大器A/D转换转换微型计算机微型计算机控制对象D/A转换转换温度时间电加热炉热电偶执行机构11.
2、1 概述概述Digital Electronics Technology11:33:2811.1 概述概述1. 模模-数转换数转换n定义：模拟信号到数字信号的转换称为模定义：模拟信号到数字信号的转换称为模-数转换，或数转换，或称为称为A/D（Analog to Digital）。）。n把实现把实现A/D转换的电路称为转换的电路称为A/D转换器（转换器（Analog Digital Converter ADC）。）。2. 数数-模转换模转换n定义：数字信号到模拟信号转换称为数定义：数字信号到模拟信号转换称为数模转换，或模转换，或称为称为D/A（ Digital to Analog ）n把实现把实
3、现D/A转换的电路称为转换的电路称为D/A转换器（转换器（ Digital Analog Converter DAC）。）。Digital Electronics Technology11:33:28D/AD/A转换基本原理转换基本原理 数数/ /模转换就是将数字量转换成与它成正模转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。比的模拟量。 数字量：数字量：(D(D3 3D D2 2D D1 1D D0 0) )2 2(D(D3 32 23 3D D2 22 22 2D D1 12 21 1D D0 02 20 0) )1010 (1101) (1101) 2 2 (1 (12 23 31 12 2
4、2 20 02 21 11 12 20 0) )1010 模拟量：模拟量：u uo oK(DK(D3 32 23 3D D2 22 22 2D D1 12 21 1D D0 02 20 0) )1010u uo oK(1K(12 23 31 12 22 20 02 21 11 12 20 0) )10 10 (K (K为比例系数为比例系数) )11.1 概述概述Digital Electronics Technology11:33:28 D/A转换器的组成: 数数码码 寄寄存存器器 n n位位模模拟拟开开关关 解解码码 网网络络 求求和和 电电路路 基基准准电电压压 n n位位数数字字量量输输
5、入入 模模拟拟量量 输输出出 DAC的数字数据可以并行输入也可串行输入的数字数据可以并行输入也可串行输入用存放在数用存放在数字寄存器中的字寄存器中的数字量的各位数字量的各位数码数码由输入数字由输入数字量控制量控制产生权电流产生权电流将权电流相将权电流相加产生与输入加产生与输入成正比的模拟成正比的模拟电压电压11.1 概述概述Digital Electronics Technology11:33:29DAC网络网络DAC权电阻权电阻倒梯形电阻网络倒梯形电阻网络DACADC直接直接ADC间接间接ADC权电流型权电流型DAC权电容型权电容型DAC开关树型开关树型DAC输入输入/输输出方式出方式并行并
6、行串行串行11.1 概述概述3. 分类分类Digital Electronics Technology11:33:2911.2.1 11.2.1 权电阻网络权电阻网络D/AD/A转换器转换器一、电路结构和工作原理一、电路结构和工作原理权电阻网络模拟开关求和放大器0000IOIViVVRiAA，且必有当接成深度负反馈时，为理想放大器，即设负反馈放大器：,11.2 D/A转换器转换器MSB:Most significant BitLSB:Least significant BitDigital Electronics Technology11:33:30权电阻网络模拟开关求和放大器控制受数字030
7、3ddSS点流向时，时，iiiiIdId100RVIRVIRVIRVIRVIREFREFREFREFiREFi031221302222权电流：11.2 D/A转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:30权电阻网络模拟开关求和放大器)()()(001122334031223012322222222ddddVdRVdRVdRVdRVRIIIIRiRVREFREFREFREFREFFFFO输出电压：2RRF11.2 D/A转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:30当当D=dn-1d0=0时时, Vo =0 RE
8、FnnomoVVV212 因而因而uo 的变化范围是：的变化范围是： REFnnV2120 当当D=dn-1d0=111时，时， 最大输出电压最大输出电压：11.2 D/A转换器转换器优缺点：优缺点：1. 优点：简单优点：简单2. 缺点：电阻值缺点：电阻值相差大，难于相差大，难于保证精度，且保证精度，且大电阻不宜于大电阻不宜于集成在集成在IC内部内部)2222(2001122334ddddVVREFO输出电压：Digital Electronics Technology11:33:3111.2 D/A转换器转换器 双级权电阻网络双级权电阻网络D/A转换器转换器根据叠加定理可证明当根据叠加定理可
9、证明当R Rs s=8R=8R时时)22222222(200112233445566778ddddddddViRVREFFO输出电压：Digital Electronics Technology11:33:3111.2 D/A转换器转换器根据叠加定理可证明该电路的输出电压与输入信号之间的函根据叠加定理可证明该电路的输出电压与输入信号之间的函数关系式数关系式. .证明的方法如下：证明的方法如下： 设用设用R R0 0表示表示4R4R，2R2R，R R三个电阻并联的总电阻，根据电阻并三个电阻并联的总电阻，根据电阻并联的公式可得联的公式可得根据虚地的概念可得，开关根据虚地的概念可得，开关d d0 0
10、接通时，流过接通时，流过8R8R电阻上的电电阻上的电流流I I0 0为为: : Digital Electronics Technology11:33:3111.2 D/A转换器转换器同理可得，开关同理可得，开关d d1 1接通时，流过接通时，流过8R8R电阻上的电流电阻上的电流I I1 1为为 开关开关d d2 2接通时，流过接通时，流过8R8R电阻上的电流电阻上的电流I I2 2为为 开关开关d d3 3接通时，流过接通时，流过8R8R电阻上的电流电阻上的电流I I3 3为为 Digital Electronics Technology11:33:3111.2 D/A转换器转换器 根据叠加
11、定理可得根据叠加定理可得Digital Electronics Technology11:33:32Di=1，Si将电阻接到运放反向输入端将电阻接到运放反向输入端Di=0，Si将电阻接到运放同向输入端将电阻接到运放同向输入端都是虚地，各支路都是虚地，各支路电流不会变化电流不会变化11.2 D/A转换器转换器2. 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器 I 流入流入2R支路支路的电流是依的电流是依2的倍速递减。的倍速递减。Digital Electronics Technology11:33:3211.2 D/A转换器转换器2. 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器 等效电路等效电
12、路Digital Electronics Technology11:33:33 1000112211011221122)2222(22222niiinnnnnnnnnnDIDDDDIIDIDIDIDI流入运算放大器的电流为：流入运算放大器的电流为： 11.2 D/A转换器转换器运算放大器的输出电压为：运算放大器的输出电压为： 1022niiinFFDIRRIUDigital Electronics Technology11:33:33 若若RF=R，并将，并将I=UR/R代入上式，代入上式， 则有则有 DUDUUnRniiinR22210可见，输出模拟电压正比于数字量的输入。可见，输出模拟电压
13、正比于数字量的输入。 11.2 D/A转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:3311.2 D/A转换器转换器集成集成 CB7520CB7520（AD7520AD7520）的电路原理图的电路原理图Digital Electronics Technology11:33:34关于关于D/A转换器精度的讨论转换器精度的讨论(1)基准电压稳定性好；基准电压稳定性好；(2) 倒倒T形电阻网络中形电阻网络中R和和2R电阻比值的精度要高；电阻比值的精度要高；(3)为实现电流从高位到低位按为实现电流从高位到低位按2的整数倍递减，模拟开关的整数倍递减，模拟开关的导通电
14、阻也相应地按的导通电阻也相应地按2的整数倍递增。的整数倍递增。为进一步提高为进一步提高D/A转换器的精度，可采用权电流型转换器的精度，可采用权电流型D/A转换器。转换器。 n 1iREFfOin0(2 )2iVRDR 为提高为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求：转换器的精度，对电路参数的要求： (3) 每个模拟开关的开关电压降要相等每个模拟开关的开关电压降要相等11.2 D/A转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:3411.2.3、权电流、权电流型型D/A转换器转换器11.2 D/A转换器转换器解决问题：模拟开关内阻对变换精度的影响解决问题：
15、模拟开关内阻对变换精度的影响)D16ID8ID4ID2I(RRi0123 ffO )2D2D2D2D(R2I001122334 f 30ii42DR2IifDigital Electronics Technology11:33:34 权电流权电流型型D/A转换器中的恒流源转换器中的恒流源11.2 D/A转换器转换器EiBEEEBiRVVVI 只要只要VB和和VEE稳定不变稳定不变, 则三极管集电极电流可保持恒则三极管集电极电流可保持恒定定,不受开关内阻影响。不受开关内阻影响。 在相同的在相同的VB和和VEE下，为了得到一组依次为下，为了得到一组依次为1/2递减的递减的电流源，需要用到一组不同阻
16、值的电阻。电流源，需要用到一组不同阻值的电阻。Digital Electronics Technology11:33:35利用倒利用倒T T型型电阻网络的权电流型电阻网络的权电流型D/A D/A 转换器转换器11.2 D/A转换器转换器)2222(20011223340DDDDRVRvRREFfDigital Electronics Technology11:33:3611.2.4 开关树开关树型型D/A转换器转换器11.2 D/A转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:3611.2.5 权电容网络权电容网络D/A转换器转换器11.2 D/A转换器转
17、换器Digital Electronics Technology11:33:37输入为输入为1000时的等效电路时的等效电路11.2 D/A转换器转换器REFtREFVCCdVCCCCCCdv3300123330Digital Electronics Technology11:33:3711.2 D/A转换器转换器同理，可以得到一般表达式同理，可以得到一般表达式)2222(22)2222(001122334400112233001122330ddddVVCddddCVCCdCdCdCdvREFREFxxREFtDigital Electronics Technology11:33:3711.2
18、.6 具有双极性输出的DAC当输入数字量有极性时，希望输出的模拟电压也对应为。一、原理例：输入为3位二进制补码。最高位为符号位，正数为0，负数为1补码输入补码输入对应的对应的十进制十进制要求的要求的输出输出D2 D1 D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4VDigital Electronics Technology11:33:37绝对值输入绝对值输入对应的对应的输出输出偏移后偏移后的输出的输出D2 D1 D0111+7V+3V110+6V+2V101+5V+1V100+4V0V011+3V-1V010+2
19、V-2V001+1V-3V0000V-4V补码输入补码输入对应的对应的十进制十进制要求的要求的输出输出D2 D1 D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4VD/A*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移使输入为100时，输出为01Digital Electronics Technology11:33:38二、电路实现VVVVVVVVddddddVVVOOOOOREF410071111001000022228810120011223则则)(.*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移使输入为100时，输出为0即可
20、只需令时，输入时，使输入偏移RVIRViIRVIiVVREFBBBREFO2222100010042,.Digital Electronics Technology11:33:381.1.分辨率分辨率 分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出电压之分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出电压之比。比。 输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最低位为输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最低位为1 1，其余各位均为其余各位均为0 0时的输出电压。时的输出电压。 满量程输出电压就是对应于输入数字量全部为满量程输出电压就是对应于输入数字量全部为1 1时的输出时的输出电压。电压。 对于对于n
21、n位位D/AD/A转换器，分辨率可表示为：转换器，分辨率可表示为： 分辨率分辨率 121n 位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小，分位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小，分辨率就越高。也可用位数辨率就越高。也可用位数n n来表示分辨率。来表示分辨率。11.2.7 D/A转换器转换器的的转换转换精度与转换速度精度与转换速度11.2 D/A转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:382. 2. 转换速度转换速度 D/A D/A转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所需要的时间称为转换速度。
22、所需要的时间称为转换速度。 不同的不同的DACDAC其转换速度也是不相同的，一般约在几微秒其转换速度也是不相同的，一般约在几微秒到几十微秒的范围内。到几十微秒的范围内。 带运放的目前最快的是带运放的目前最快的是1.51.5微妙。不带运放的最快的是微妙。不带运放的最快的是0.10.1微妙。微妙。11.2.7 D/A转换器转换器的的转换转换精度与转换速度精度与转换速度11.2 D/A转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:38D/A转换器转换器的建立时间的建立时间11.2 D/A转换器转换器Digital Electronics Technology11
23、:33:39 转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论输出的转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论输出的模拟电压值之差。通常用最大误差与满量程输出电压之比的模拟电压值之差。通常用最大误差与满量程输出电压之比的百分数表示。通常要求百分数表示。通常要求D/AD/A转换器的误差小于转换器的误差小于U ULSBLSB/2/2。 例如，某例如，某D/AD/A转换器满量程输出电压为转换器满量程输出电压为10V10V，如果误差为，如果误差为1%1%，就意味着输出电压的最大误差为，就意味着输出电压的最大误差为0.1V0.1V。百分数越小，。百分数越小，精度越高。精度越高。 转换精度是一个综合指标，包括零
24、点误差、增益误差等，转换精度是一个综合指标，包括零点误差、增益误差等，它不仅与它不仅与D/AD/A转换器中元件参数的精度有关，而且还与环境转换器中元件参数的精度有关，而且还与环境温度、集成运放的温度漂移以及温度、集成运放的温度漂移以及D/AD/A转换器的位数有关。转换器的位数有关。11.2 D/A转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:3911.2 D/A转换器转换器例：在如图所示的倒例：在如图所示的倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器中，外接参考电压为转换器中，外接参考电压为-10V，为保证为保证VREF偏离标准值所引起的误差小于偏离标准值所引起的
25、误差小于1/2 LSB，计算，计算VREF相对稳定度相对稳定度应取多少？应取多少？解：首先计算出对应于解：首先计算出对应于1/2 LSB输入的输出电压，输入的输出电压，Digital Electronics Technology11:33:3911.2 D/A转换器转换器nREFnnnREFVDDDVv2)222(20011110 故故1/2 LSB输入的输出电压绝对值输入的输出电压绝对值12221nREFnREFVV再来计算由于再来计算由于VREF变化变化DVREF引起的输出变化引起的输出变化Dv0)222(20011110 DDDVvnnnREF而且在输入数字量最大时而且在输入数字量最大时
26、Dv0最大，这时最大，这时11101002212212REFREFREFnnVVVvDigital Electronics Technology11:33:39参考电压参考电压VREF的相对稳定度的相对稳定度%05. 012221101011REFREFVVDigital Electronics Technology11:33:3911.2 D/A转换器转换器1,(1,(华南理工大学华南理工大学20042004年，年，20052005年年) )一个十位二进制一个十位二进制DACDAC在输在输入入00001100010000110001时的输出电压为时的输出电压为0.08V0.08V求当输入求当
27、输入00100100110010010011的的输出电压输出电压 2,(2,(北京理工大学，北京理工大学，20052005年年) )某某l0l0位位D DA A转换器的分辨率为转换器的分辨率为3mV3mV，如输入数据为如输入数据为(2A6)(2A6)1616, ,那么该那么该D DA A转换器的输出电压是多少伏转换器的输出电压是多少伏? ? 3,(3,(武汉理工大学，武汉理工大学，20042004年年) )对于一个对于一个8 8位位D/AD/A转换器，转换器， (1)(1)若最小输出电压增量是若最小输出电压增量是0.02V0.02V，试问输入代码为，试问输入代码为 01001101010011
28、01时，输出电压时，输出电压V V0 0为多少为多少V?V? (2) (2)若其分辨率用百分数表示，则应是多少若其分辨率用百分数表示，则应是多少? ? (3) (3)若某一系统中要求若某一系统中要求D DA A转换器的精度小于转换器的精度小于0.250.25，试，试 问这一问这一D DA A转换器能否应用转换器能否应用? ? Digital Electronics Technology11:33:3911.2 D/A转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:39 由于模拟量时间和（或）数值上是连续的，而数字量在由于模拟量时间和（或）数值上是连续的，而数
29、字量在时间和数值上都是离散的，所以转换时要在时间上对模拟时间和数值上都是离散的，所以转换时要在时间上对模拟信号离散化（采样），还要在数值上离散化（量化），一信号离散化（采样），还要在数值上离散化（量化），一般步骤为：般步骤为：采样采样保持保持量化量化编码编码11.3 A / D转换器转换器1. A/D转换器的基本原理转换器的基本原理 Digital Electronics Technology11:33:40（1） 采样定理采样定理 模拟信号采样信号 取样频率取样频率fS必须大于等于输入模拟信号包含的最高频率必须大于等于输入模拟信号包含的最高频率fmax的两倍，即：的两倍，即： max2 ff
30、s11.3 A / D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:40（2） 量化和编码量化和编码量化：量化： 将采样电压转化为数字量最小数量单位的整数倍的过程。将采样电压转化为数字量最小数量单位的整数倍的过程。用用 表示表示编码：编码： 将量化结果用代码表示出来。将量化结果用代码表示出来。量化误差：量化误差： 由于模拟量不一定能被由于模拟量不一定能被 整除。整除。11.3 A / D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:40例如：例如：要将要将0 1V的模拟电压转换为三位二进制代码。的模拟电压转换为三位二进
31、制代码。方法方法1：取取 1/8 V，0 1/8 V 的电压以的电压以0 表示，则：表示，则：模拟电压模拟电压二进制编码二进制编码 代表的模拟电压电平代表的模拟电压电平可见量化误差最大达可见量化误差最大达 =1/8 V。11.3 A / D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:40方法方法2：取取 2/15 V，0 1/15 V 的电压以的电压以0 表示，则表示，则模拟电压模拟电压二进制编码二进制编码代表的模拟电压电平代表的模拟电压电平可见量化误差最大达可见量化误差最大达 /2=1/15 V。11.3 A / D转换器转换器Digital Elec
32、tronics Technology11:33:40MOS管，做模拟开关采样控制信号保持电容采样输出波形（3）采样保持电路）采样保持电路11.3 A / D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:4011.3.3 并联比较型并联比较型A/D转换器转换器00000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159RRVV011111115131511RRVV111111115151513RRVVRV151RV153RV155
33、RV157RV159RV1511RV1513量化Digital Electronics Technology11:33:4200000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159RRVV011111115131511RRVV111111115151513RRVV输入输入量化量化 编码编码11111010110001101000100011.3.3 并联比较型并联比较型A/D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:42
34、 寄存器：寄存器：由七个由七个D触发器构成。在时钟脉冲触发器构成。在时钟脉冲CP的作用的作用下，将比较结果暂时寄存，以供编码用。下，将比较结果暂时寄存，以供编码用。 12345670246142QQQQQQQdQQQdQd 编码器：编码器：由六个或非门构成。将比较器送来的七位二由六个或非门构成。将比较器送来的七位二进制码转换成三位二进制代码进制码转换成三位二进制代码d2、d1、d0。编码网络的逻。编码网络的逻辑关系为辑关系为：11.3.3 并联比较型并联比较型A/D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:422 2、特点、特点* *快，快，CLKCL
35、K触发信号到达到输触发信号到达到输出稳定建立只需几十纳秒出稳定建立只需几十纳秒* *精度，受参考电压、分压精度，受参考电压、分压网络等因素影响网络等因素影响* *有存储器，不需要有存储器，不需要S/HS/H电路电路* *电路规模，电路规模，n n位需要位需要2 2n n-1-1比比较器，触发器较器，触发器11.3.3 并联比较型并联比较型A/D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:43 例如：例如：假设模拟输入假设模拟输入UIN=3.8V，UR=8V。当模拟输入当模拟输入UIN=3.8V加到各级比较器时，由于加到各级比较器时，由于 VUVURR8
36、. 41597 . 3157 因此，比较器的输出因此，比较器的输出C7C1为为0001111。在时钟脉冲。在时钟脉冲作用下，比较器的输出存入寄存器，经编码网络输出作用下，比较器的输出存入寄存器，经编码网络输出A/D转换结果：转换结果：D2D1D0=100。优点：优点：转换速度很快。转换速度很快。 缺点：缺点：电路复杂，转换精度较低。电路复杂，转换精度较低。11.3.3 并联比较型并联比较型A/D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:4311.3.4 反馈比较型反馈比较型A/D转换器转换器计数型计数型基本原理：取一个基本原理：取一个“D D”加到加到
37、DACDAC上，得到模拟输出电压，将该上，得到模拟输出电压，将该值与输入电压比较，如两者不等，则调整值与输入电压比较，如两者不等，则调整D D的大小，到相的大小，到相等为止，则等为止，则D D为所求值为所求值！简单！慢CLKnT）最多需要（12 Digital Electronics Technology11:33:432、逐次渐近型、逐次渐近型.1. 21,01,1. 1nVVVVIOIO”再将次高位置“则保留”，改为“则去掉“若”高位先置“次就够了只要比较 n！电路不太复杂！较快11.3.4 反馈比较型反馈比较型A/D转换器转换器Digital Electronics Technology
38、11:33:43 1 0 0 0 03位：5个CLKN位: ( n+2)个CLK转换信号VL变成高电平后，转换开始，第一个CLK到达后FFA置1，同时移位寄存器右移一位01000， 1 0 0第二个CLK到达后FFB置1，若原来VB=1,则FFA置0，若原来VB=0,则FFA=1保留；同时移位寄存器右移一位00100，第四个CLK到达后，同样根据这时的VB=的状态决定 FFC的1是否保留，同时移位寄存器右移一位00001，由于Q5=1，转换结果输出；第五个CLK到达后，返回初态；Digital Electronics Technology11:33:4411.3.5 双积分型双积分型A/D转换
39、器转换器双积分型（双积分型（V-T变换型）变换型）先将先将V转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间内用固定频率脉冲计数内用固定频率脉冲计数IOTIIOIILVVVRCTdtRVCVVTTVSSV所以不变期间的积分，积分器作固定时间第一步，断开转换开始起始状态：计数器清零10111101121)(,.Digital Electronics Technology11:33:44IREFIREFITREFOOREFVVTTTRCVTRCVTRCVdtRVCVVVS12121010102积分器作反相积分，至第二步：IREFCCCCCVVTTfTDf
40、TfT122)1(则脉冲计数，期间用固定的频率令计数器在11.3.5 双积分型双积分型A/D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:45IREFCIREFCCVVNDNTTVVTTfTD112若11.3.5 双积分型双积分型A/D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:4511.3.5 双积分型双积分型A/D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:46电路实现电路实现IREFnCnVVDTT221，若11.3.5 双积分型双积分型A/D转换器转换器IREFCCVV
41、TTfTD12Digital Electronics Technology11:33:46 优点优点1 1：抗干扰能力强。积分采样对交流噪声有很强的抑：抗干扰能力强。积分采样对交流噪声有很强的抑制能力；如果选择采样时间制能力；如果选择采样时间T T1 1为为20ms20ms的整数倍时，则可有效地的整数倍时，则可有效地抑制工频干扰。抑制工频干扰。 缺点：转换速度较慢。完成一次缺点：转换速度较慢。完成一次A/DA/D转换至少需要（转换至少需要（T T1 1T T2 2）时间，每秒钟一般只能转换几次到十几次。因此它多用于精度时间，每秒钟一般只能转换几次到十几次。因此它多用于精度要求高、抗干扰能力强而
42、转换速度要求不高的场合。要求高、抗干扰能力强而转换速度要求不高的场合。 优点优点2 2：具有良好的稳定性，可实现高精度。由于在转换：具有良好的稳定性，可实现高精度。由于在转换过程中两次积分常数相同，故转换结果和精度与过程中两次积分常数相同，故转换结果和精度与R R、C C无关。无关。小结小结11.3.5 双积分型双积分型A/D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:4611.3.6 V-F变换型变换型A/D转换器转换器Digital Electronics Technology11:33:461.转换精度转换精度 单片集成单片集成A/D转换器的转换精
43、度是用分辨率和转换误差来描转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。述的。 分辨率分辨率: 说明说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进制制(或十进制或十进制)数的位数表示。数的位数表示。 转换误差：转换误差： 表示表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。量之间的差别。 11.3.7 ADC的转换速度与转换精度的转换速度与转换精度Digital Electronics Technology11:33:46. .分辨率分辨率 分辨率是指分辨率是指A/DA/D转换器输出数字量的
44、最低位变化一个数码转换器输出数字量的最低位变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量。时，对应输入模拟量的变化量。 例如，输入模拟电压满量程为例如，输入模拟电压满量程为10V10V，若用，若用8 8位位ADCADC转换时，转换时，其分辨率为其分辨率为10V/210V/28 839mV39mV，1010位的位的ADCADC是是9.76mV9.76mV，而，而1212位的位的ADCADC为为2.44mV2.44mV。 11.3.7 ADC的转换速度与转换精度的转换速度与转换精度Digital Electronics Technology11:33:46. 转换误差转换误差 转换误差表示转换误差表示A/
45、DA/D转换器实际输出的数字量与理论上的转换器实际输出的数字量与理论上的输出数字量之间的差别。通常以输出误差的最大值形式给出。输出数字量之间的差别。通常以输出误差的最大值形式给出。 转换误差也叫相对精度或相对误差。转换误差常用最低转换误差也叫相对精度或相对误差。转换误差常用最低有效位的倍数表示。有效位的倍数表示。 例如某例如某ADCADC的相对精度为的相对精度为(1/2)LSB(1/2)LSB，这说明理论上应，这说明理论上应输出的数字量与实际输出的数字量之间的误差不大于最低位输出的数字量与实际输出的数字量之间的误差不大于最低位为的一半。为的一半。 11.3.7 ADC的转换速度与转换精度的转换
46、速度与转换精度Digital Electronics Technology11:33:462.2.转换速度（时间）转换速度（时间） 指指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。到稳定的数字信号所经过的时间。 A/D转换器的转换时间转换器的转换时间与转换电路的类型有关与转换电路的类型有关并行比较并行比较A/D转换器的转换速度最高转换器的转换速度最高 ,逐次比较型逐次比较型A/D转换器次之转换器次之 ,间接间接A/D转换器转换器(如双积分如双积分A/D)的速度最慢。的速度最慢。 并行比较并行比较A/D转换器转换器(8位）位
47、） 逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器 间接间接A/D转换器转换器10100 s50ns10ms1000ms11.3.7 ADC的转换速度与转换精度的转换速度与转换精度Digital Electronics Technology11:33:46 1. 常用的常用的D/A转换器主要有权电阻型和转换器主要有权电阻型和R-2R网络网络型两种电路。由于型两种电路。由于R-2R网络型的电阻种类少，易于网络型的电阻种类少，易于集成和提高精度，因此多为集成集成和提高精度，因此多为集成D/A转换器所采用。转换器所采用。 2. 常用的常用的A/D转换器主要有双积分型、逐次比转换器主要有双积分型、逐次比较型和
48、并行比较型三种。三种电路在精度、转换速较型和并行比较型三种。三种电路在精度、转换速率及其他参数等方面各具特色，因而应用都比较广率及其他参数等方面各具特色，因而应用都比较广泛。泛。 本章小结本章小结Digital Electronics Technology11:33:471 1、（清华大学，、（清华大学，20022002年）年） (1)(1)请写出请写出D DA A转换器的分类。转换器的分类。 （2 2）请写出）请写出A AD D转换器的主要技术指标。转换器的主要技术指标。 本章练习本章练习DAC网络网络DAC权电阻权电阻倒梯形电阻网络倒梯形电阻网络DACADC直接直接ADC：并联比较型、：并
49、联比较型、 反馈比较型（计数型、逐次比较型）反馈比较型（计数型、逐次比较型）间接间接ADC：双积分型和：双积分型和V-F变换型变换型权电流型权电流型DAC权电容型权电容型DAC开关树型开关树型DAC输入输入/输输出方式出方式并行并行串行串行Digital Electronics Technology11:33:472 2、( (清华大学，清华大学，20032003年年)A)AD D转换器电路是由转换器电路是由_ 、_ _ 、_和和_电路构成。电路构成。 3 3、( (清华大学，清华大学，20032003年年) )若若A AD D转换器转换器( (包括取样一保持电路包括取样一保持电路) )输入模
50、拟电压信号的最高变化频率为输入模拟电压信号的最高变化频率为20kHz20kHz，则其取样频率不，则其取样频率不低于低于_。本章练习本章练习Digital Electronics Technology11:33:47本章练习本章练习4 4、( (北京大学，北京大学，20042004年年) )衡量衡量A/DA/D和和D/AD/A转换器性能优劣的两个主转换器性能优劣的两个主要指标为要指标为_和和_ _ 。5 5、( (北京理工大学，北京理工大学，20062006年年) )逐次渐近型逐次渐近型A/DA/D转换器中的转换器中的8 8位位D/AD/A转换器的转换器的V Vomom=10.2V,=10.2V
