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第 6 章 : 集成 DAC 和 ADC 的原理与组成 §6-1 集成数模转换器( DAC ) §6-2 集成模数转换器( ADC ) §6-3 应用举例 典型的数字控制系统框图.

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1 第 6 章 : 集成 DAC 和 ADC 的原理与组成 §6-1 集成数模转换器( DAC ) §6-2 集成模数转换器( ADC ) §6-3 应用举例 典型的数字控制系统框图

2 §6-1 集成数模转换器( DAC ) DAC: 把输入的数字量变换成与之成一定比例的模拟量。 D : n 位数字量 K :比例常数 V REF :参考电压 V LSB :最小输出 电压( D=1 时 的输出电压)

3 §6-1 集成数模转换器( DAC ) §6-1-1 常用 D/A 换器技术 §6-1-2 集成 DAC 的组成 §6-1-3 DAC 的主要技术参数 §6-1-4 集成 DAC 芯片的选择 §6-1-5 典型集成 DAC 应用举例

4 §6-1-1 常用 D/A 转换技术 一、权电阻网络 DAC 特点:电阻取值太多。

5 二、 T 型电阻网络 DAC ( 1 ) 电流相加型 特点:流过开关的 电流变化较大。

6 T 型电阻网络 DAC ( 2 ) 电压相加型 特点:流过开关的 电流变化较大。

7 三、倒 T 型电阻网络 DAC 特点:开关的接触电 阻影响转换精度。

8 四、电流激励型 DAC 特点:用恒 流源 I REF, 开 关用差分放 大器,速度 高。

9 五、双极性转换 DAC ( 1 ) 1 、偏移二进制码 2 、补码

10 双极性转换 DAC ( 2 ) 当输入为 10…0 时,输出为 0 。因 此,要注入偏置电 流。 输入从 -1 到 0 变化时, 输入所有位都变,将会 产生最大的毛刺。

11 §6-1-2 集成 DAC 的组成 1 、仅集成电阻网络和模拟开关。 2 、集成了电阻网络、模拟开关、参考电 源和输出运算放大器。 3 、除上之外,还集成了外围接口电路 ①、带输入缓冲器或锁存器 ②、带输入数据分配器 ③、带输入串-并变换器 ④、带输入 FIFO

12 §6-1-3 DAC 的主要技术指标( 1 ) 二、转换误差 失调误差 增益误差 非线性误差

13 DAC 的主要技术指标( 2 ) 三、建立时间 D/A 转换器输入发生 阶跃到 输出稳定在规定的误差范围内的 最大时间 。 低速:建立时间≧ 300μs, 工作速度≦ 3.3KHz 中速:建立时间 10 ~ 300μs, 工作速度 100 ~ 3.3kHz 高速:建立时间 0.01 ~ 10μs, 工作速度 100MHz ~ 100kHz

14 §6-1-4 集成 DAC 芯片的选择

15 DAC 芯片的选择 1. 输入数字量的特征 2. 负载特性 3. 参考电源的特性 4. 动态特性 5. 接口特性 6. 工作条件、环境条件

16 §6-1-5 典型集成 DAC 应用举例 DAC0832 功能图

17 DAC0832 内倒 T 形网络

18 双缓冲工作方式连接图和时序图

19 单缓冲和直通工作方式

20 §6-2 集成模数转换器( ADC ) §6-2-1 A/D 转换的一般过程 §6-2-2 常用 A/D 转换技术 §6-2-3 集成 ADC 的组成 §6-2-4 ADC 的主要技术参数 §6-2-5 集成 ADC 芯片的选择 §6-2-6 典型集成 ADC 应用举例 ADC :把模拟信号转换为一定格式的数字量。

21 §6-2-1 A/D 转换的一般过程 一、采样和保持 采样:以一定的周期读取输入电压信号。 采样定理: f s ≥2, f Amax 工程上: f s = 10f Amax 保持:使读取的信号在周期内不变。

22 采样和保持电路

23 二、量化和编码 量化:把取样电平归化到最接近的离散电平上。 编码:用二进制码表示离散电平。 四舍五入 去零求整

24 量化误差:

25 §6-2-2 常用 A/D 转换技术 一、并行型 A/D 转换器 二、串 / 并型 A/D 转换器 三、逐次比较型 A/D 转换器 四、双积分型 A/D 转换器 五、 V-F 型 A/D 转换器 六、 Σ-Δ 型 A/D 转换器

26 一、并行型 A/D 转换器

27 并行型 A/D 转换器

28 八位双极性快速并行型 A/D 转换器 特点:转换速度高( 100MHz 以上) 器件量过大,精度不高。

29 二、串 / 并行型 A/D 转换器 特点:兼顾转换速度和器件量。

30 三、逐次比较型 A/D 转换器 特点:转换速度中速(几十 K 到几百 KHz ), 成本较底。

31 12 位二进制 A/D 转换电压 2865 (量化单位)的比较过 程

32 逐次比较型 ADC 的 V F 波形图 ( V A =2865 量化单位)

33 4 位十进制 A/D 转换电压 3495 的比较过 程

34 四、双积分型 A/D 转换器

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37 1 、开始时,计数器为零,电容 C 上电压为零。 2 、第一阶段: S 1 接通, S 2 断开,积分器对 V A 积分, G 为 高,门开,计数器计数,直到计满,计数器重新回零。 3 、第二阶段: S 2 接通, S 1 断开,积分器对 -V REF 积分, G 为高,门开,计数器计数,直到 G 低,门关,计数器停 止计数。 双积分型 A/D 转换器工作原理

38 3 位半 BCD 码双积分型 ADC 功能图

39 图 ICL7135 连接图和工作时序图 《数字设计引论》 §6-3ADC 和 DAC 的应用实例

40 1 、抗干扰能力强。 2 、电路结构简单。 3 、编码方便。 4 、转换速度低。 双积分型 A/D 转换器的特点

41 五、 V-F 型 A/D 转换器(电压 - 频率 - 数字)

42 V-F 型 A/D 转换器逻辑图

43 六、 Σ-Δ 型 A/D 转换器

44 Σ-Δ 型 ADC 在 v A =0 时的工作波形

45 Σ-Δ 型 ADC 在 v A =8V 时的工作波形

46 Σ-Δ 型 ADC 在 v A =8V 时的各点电压或逻辑关系表

47 一种集成 Σ-Δ 型 ADC 原理框图

48 §6-2-3 集成 ADC 的组成 1 、仅集成量化编码器电路。 2 、集成了 S-H 电路和量化编码器电路。 3 、除上之外,还集成了外围接口电路。 ①、带有各种输出接口 ②、带有多路输入通道选择 ③、带有内部存储器 ④、带有输出分配电路 ⑤、带有微处理器的可编程 ADC

49 §6-2-4 ADC 的主要技术参数 二、转换误差: 绝对误差:定义为输出数字量对应的理论模 拟值与实际输入模拟值之间的差值( ±1/2LSB, ±1LSB) 。 相对误差:定义为上述差值与额定最大输入 模拟值的百分数( ±0.05% , ±0.1%) 。 三、转换时间: ADC 完成一次转换所需的时间。

50 §6-2-5 集成 ADC 的选择 要考虑的因素: 一、输入模拟量的性质 二、系统对分辨率、转换精度、转换时间等的要求 三、参考电压 四、输出要求 五、控制时序 六、环境要求 七、功耗、体积、成本等

51 集成 ADC 产品的选择

52 §6-2-6 集成 ADC 应用举例( 1 ) ADC0809 逻辑图

53 集成 ADC 应用举例( 2 ) ADC0809 时序图

54 §6-3 应用实例 压力、温度测控仪

55 压力温度测控仪方案图

56 图 ICL7135 连接图和工作时序图 《数字设计引论》 §6-3ADC 和 DAC 的应用实例


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