数字电路课件：第十一章 数-模和模-数转换.ppt

数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院第十一章第十一章 数数-模（模（D/A）和模）和模-数（数（A/D）转）转换换数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.1 概述概述v模拟量模拟量：如温度、压力和声音等如温度、压力和声音等v通常需要将通常需要将模拟信号转换为数字信号模拟信号转换为数字信号，以送到，以送到数字系统加工处理数字系统加工处理v经过处理得到的经过处理得到的数字信号也经常再被转换成模数字信号也经常再被转换成模拟信号拟信号，送回物理系统，对系统物理量进行调，送回物理系统，对系统物理量进行调节和控制节和控制数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院传感器传感器(温度、压力、流温度、压力、流量等量等模拟量模拟量））A/D计算机计算机（数字量）（数字量）显示器显示器D/A执行部件执行部件（模拟量控制）（模拟量控制）打印机打印机将模拟量转换为数字将模拟量转换为数字量的器件称为模数转量的器件称为模数转换器，简称换器，简称A/D转换转换器或器或ADC。

将数字量转换为模拟将数字量转换为模拟量的器件称为数模转量的器件称为数模转换器，简称换器，简称D/A转换转换器或器或DACADC和和DAC是沟通模拟电路和数字电是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口路的桥梁，也可称之为两者之间的接口. .ADC和和DAC的应用：的应用：数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院D/A和和A/D的分类：的分类：数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.2 11.2 数模转换器数模转换器vD/A转换转换可以将输入的一个可以将输入的一个n位的二进制数转换位的二进制数转换成与之成比例的模拟量（电压或电流）成与之成比例的模拟量（电压或电流） vD/A转换器通常由转换器通常由译码网络译码网络、、模拟开关模拟开关、、集成运集成运放放和和基准电压基准电压等部分组成等部分组成 数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.2.1 权电阻网络权电阻网络D/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数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院负反馈的运算放大器：负反馈的运算放大器：v理想放大器：开环增益无穷大，输入电流为零（即理想放大器：开环增益无穷大，输入电流为零（即输入电阻无穷大），输出电阻为零。

输入电阻无穷大），输出电阻为零vV+>V–时，时，vO>0; V+

优点：简单v2. 缺点：电阻值相差大，难于保证精度，且大缺点：电阻值相差大，难于保证精度，且大电阻不宜于集成在电阻不宜于集成在IC内部数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院双极权电阻网络双极权电阻网络D/A转换器转换器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.2.2 倒倒T形电阻网络形电阻网络DAC数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院RRRR数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.2.3 权电流型权电流型D/A转换器转换器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院 只要在电路工作时保证只要在电路工作时保证VB和和VEE稳定不变，则稳定不变，则Ii可保持恒定，不受开关内阻的影响。

可保持恒定，不受开关内阻的影响数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院利用倒利用倒T形电阻网络的权电流型形电阻网络的权电流型DAC数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院基准电流基准电流发生电路发生电路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.2.6 具有双极性输出的具有双极性输出的DAC当输入数字量有正负数时，希望输出的模拟电压也对应有正负当输入数字量有正负数时，希望输出的模拟电压也对应有正负极性。

极性例：输入为例：输入为3位二进制补码最高位为符号位，正数为位二进制补码最高位为符号位，正数为0，负数，负数为为1数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院电路实现电路实现数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院1v将符号位反相后接至高位输入将符号位反相后接至高位输入v将输出偏移使输入为将输出偏移使输入为100时输出为时输出为0数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院偏移电路偏移电路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.2.7 DAC的转换精度与速度的转换精度与速度一、转换精度一、转换精度1. 分辨率（理论精度）：分辨率（理论精度）：用于表征用于表征D/A转换器对输入转换器对输入微小量变化的敏感程度。

微小量变化的敏感程度v分辨率分辨率：：D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等转换器模拟输出电压可能被分离的等级数－－可用输入数字量的级数－－可用输入数字量的位数位数n表示表示D/A转换器转换器的分辨率；的分辨率；v可用可用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压转换器的最小输出电压与最大输出电压之之比比来表示分辨率来表示分辨率数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院v输入数字量的位数输入数字量的位数n越大，分辨率数值越小，分辨能越大，分辨率数值越小，分辨能力越高v分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越灵敏 v10位位D/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为v8位位D/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为 数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院2. 转换误差（实际精度）转换误差（实际精度）v转换误差表示实际的转换误差表示实际的D/A转换特性和理想转换特转换特性和理想转换特性间的最大偏差。

性间的最大偏差数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院v转换误差转换误差一般用最低有效位的倍数来表示，如一般用最低有效位的倍数来表示，如1/2LSBLSB表示当输入为表示当输入为00…01时的输出电压时的输出电压v有时也用有时也用绝对误差绝对误差与与输出电压满刻度输出电压满刻度的百分数来表的百分数来表示示输出电压误差绝对值输出电压误差绝对值的大小v转换误差的影响因素主要有转换误差的影响因素主要有模拟开关导通的压降模拟开关导通的压降、、电阻网络阻值差电阻网络阻值差、、参考电压偏差参考电压偏差和和集成运放漂移集成运放漂移等 数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院二、误差分析二、误差分析数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院二、转换速度二、转换速度v建立时间建立时间tset：从输入的数字量发生突变开始，到输：从输入的数字量发生突变开始，到输出电压进入与稳定值相差出电压进入与稳定值相差±0.5LSB范围内所需要的范围内所需要的时间。

时间数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.3 A/D转换器转换器11.3.1 A/D转换的基本原理转换的基本原理 由于输入的模拟量在时间上是连续的，而输出由于输入的模拟量在时间上是连续的，而输出的数字量是离散的，所以转换时要在时间上对模的数字量是离散的，所以转换时要在时间上对模拟信号离散化（拟信号离散化（取样取样），在取样结束后的保持时），在取样结束后的保持时间内将取样的电压量化为数字量（间内将取样的电压量化为数字量（量化量化），）， 并按并按一定的编码形式给出转换结果（一定的编码形式给出转换结果（编码编码）数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院A/D转换的一般步骤为：转换的一般步骤为：采样采样保持保持量化量化编码编码由取样－保持电路完成由取样－保持电路完成由由A/D转换电路完成转换电路完成数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院一一. .取样定理取样定理 v取样定理取样定理：为保证从取样信号恢复被取样信号，必：为保证从取样信号恢复被取样信号，必须满足须满足v在实际的取样保持电路中有一个在实际的取样保持电路中有一个取样控制信号取样控制信号，它，它的频率就是取样信号频率。

的频率就是取样信号频率取样信取样信号频率号频率输入信号输入信号最高频率最高频率数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院模拟信号模拟信号取样信号取样信号数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院二、量化和编码二、量化和编码v量化量化 将采样电压转化为最小数量单位（将采样电压转化为最小数量单位（ΔΔ）的整数倍的）的整数倍的过程v编码编码 将量化的结果用代码表示出来（二进制，二－十将量化的结果用代码表示出来（二进制，二－十进制）v量化误差量化误差 当采样电压不能被当采样电压不能被ΔΔ整除时，将引入量化误差整除时，将引入量化误差数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院例如：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：可见量化误差最大达可见量化误差最大达 =1/8 V。

数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院方法方法2：：取取 ＝＝2/15 V，，0  1/15 V 的电压以的电压以0×  表示，表示，则则可见量化误差最大达可见量化误差最大达 /2=1/15 V模拟模拟电压电压代表的模拟代表的模拟电压电平电压电平二进制二进制编码编码数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院-vc+11.3.2 取样－保持电路取样－保持电路取样控取样控制信号制信号MOS管，做管，做模拟开关模拟开关输入输入电阻电阻取样取样电容电容vvL为高电平时，场效应管为高电平时，场效应管T导通，导通，CH充电，进行取充电，进行取样vvL为低电平时，为低电平时，T截止取样电容截止取样电容CH上的电荷无泄上的电荷无泄放回路，放回路，vO 被保持数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院v电路缺点电路缺点：输入电阻：输入电阻R1过大会降低取样速度；过小过大会降低取样速度；过小又将降低电路的输入阻抗，加重信号源负载。

又将降低电路的输入阻抗，加重信号源负载v改进方法改进方法：在输入端加隔离放大器在输入端加隔离放大器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院调零调零外接保外接保持电容持电容输入模输入模拟电压拟电压取样控取样控制信号制信号v在取样阶段，开关在取样阶段，开关S接通，运放接通，运放A1，，A2构成两级电构成两级电压跟随器压跟随器v在保持阶段，在保持阶段，S断开，电容断开，电容CH上电荷保持不变，使上电荷保持不变，使输出电压输出电压vO保持不变保持不变集成取样保持电路集成取样保持电路LF398数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院v二极管二极管D1，，D2和电阻和电阻R1构成保护电路构成保护电路v在保持阶段，在保持阶段，S断开，断开，vO保持不变，但保持不变，但vI在变，则在变，则 vO1的变化可能很大，使开关的变化可能很大，使开关S承受过高的电压接承受过高的电压接上保护电路后可使上保护电路后可使vO1的变化不会太大。

的变化不会太大v在取样阶段，在取样阶段，S接通，接通，D1、、D2截止，保护电路不起截止，保护电路不起作用数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.3.3 并联比较型并联比较型A/D转换器转换器量化量化数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院d2d1d0111110101100011010001000编码编码量化单位为量化单位为 Δ=(2/15)VREF量化误差为量化误差为|εmax|= (1/15)VREF数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院并联比较型并联比较型ADC的特点：的特点：v转换速度快，转换速度快，CLK触发信号到达到输出稳定建立只触发信号到达到输出稳定建立只需几十纳秒。

需几十纳秒v含有寄存器，不需要含有寄存器，不需要取样取样-保持保持电路v电路复杂，电路复杂，n位需要位需要2n-1个个比较器、触发器比较器、触发器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.3.4 反馈比较型反馈比较型A/D转换器转换器v思路：思路：将一数字量加到将一数字量加到D/A转换器上，再把转换器上，再把D/A转转换器输出的模拟电压与输入模拟电压相比较若不换器输出的模拟电压与输入模拟电压相比较若不相等，则修改数字量，直到两模拟电压相等，此时相等，则修改数字量，直到两模拟电压相等，此时对应的数字量就是转换结果对应的数字量就是转换结果数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院1. 计数型计数型转换开始前先用复位信号将计数器置零，而且转转换开始前先用复位信号将计数器置零，而且转换控制信号应停留在换控制信号应停留在vL=0的状态并并行行数数字字输输出出计数器计数器输输出出寄寄存存器器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院当当vL变为高电平时开始转换，计数器开始计数，变为高电平时开始转换，计数器开始计数，vO不不断增加。

断增加当增至当增至vO = vI时，时，vB=0将门封锁，计数器停止计数，将门封锁，计数器停止计数，这时计数器中所存的数字就是所求的输出数字信号这时计数器中所存的数字就是所求的输出数字信号并并行行数数字字输输出出计数器计数器输输出出寄寄存存器器这种方案的明显缺点是转换时间太长这种方案的明显缺点是转换时间太长数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院计数型计数型A/D转换器的特点：转换器的特点：v电路简单电路简单v速度慢，最长转换时间可达速度慢，最长转换时间可达2n-1倍时钟信号周期倍时钟信号周期数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院所加砝所加砝码重量码重量 结果结果 2. 逐次渐进型逐次渐进型第一次第一次8 克克砝码总重砝码总重 < 待测重量待测重量Wx ，，8克砝码保留克砝码保留8 克克第二次第二次再加再加4克克砝码总重砝码总重 < 待测重量待测重量Wx ，，4克砝码保留克砝码保留12 克克第三次第三次再加再加2克克砝码总重砝码总重 > 待测重量待测重量Wx ，， 2克砝码撤除克砝码撤除12 克克第四次第四次再加再加1克克砝码总重砝码总重 ＝＝ 待测重量待测重量Wx ，， 1克砝码保留克砝码保留13 克克例如：例如：所用砝码重量：所用砝码重量：8 8克、克、4 4克、克、2 2克和克和1 1克。

设待秤重量克设待秤重量Wx = 13克v转换原理转换原理逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似 数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院并并行行数数字字输输出出转换开始前先将寄存器清零，所以加给转换开始前先将寄存器清零，所以加给DAC的数字的数字量也全是量也全是0数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院并并行行数数字字输输出出转换控制信号转换控制信号vL变为高电平时开始转换，时钟信号变为高电平时开始转换，时钟信号首先将寄存器的最高位置成首先将寄存器的最高位置成1，使寄存器的输出为，使寄存器的输出为100…00这个数字量被这个数字量被D/A转换器转换成相应的模转换器转换成相应的模拟电压拟电压vO，并送到比较器与输入信号，并送到比较器与输入信号vI进行比较进行比较数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院如果如果vO > vI，，说明数字过大了，则这个说明数字过大了，则这个1应去掉；应去掉；如果如果vO < vI ，说明数字还不够大，这个，说明数字还不够大，这个1应保留。

应保留然后，再按同样的方法将次高位置然后，再按同样的方法将次高位置1，并比较，并比较vO与与vI的的大小以确定这一位的大小以确定这一位的1是否应当保留是否应当保留这样逐位比较下去，直到最低位比较完为止这时寄这样逐位比较下去，直到最低位比较完为止这时寄存器里所存的数码就是所求的输出数字量存器里所存的数码就是所求的输出数字量并并行行数数字字输输出出数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院环形移位寄环形移位寄存器存器三位数码三位数码寄存器寄存器电压比较器电压比较器转换开始前先将转换开始前先将FFA、、FFB、、FFC置零，置零，Q1Q2Q3Q4Q5=10000第二种量化方法第二种量化方法数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院3位：位：5个个CLKn位位: : ( n+2)个个CLK数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院逐次渐进型逐次渐进型A/D转换器的特点：转换器的特点：v电路不太复杂。

电路不太复杂v速度较快当输出为速度较快当输出为n位时，需位时，需n+2个时钟周期可个时钟周期可完成转换完成转换v因此，逐次渐近型因此，逐次渐近型A/D转换器的转换速度比转换器的转换速度比并联比并联比较型较型A/D转换器低转换器低，但比，但比计数型计数型A/D转换器的转换转换器的转换速度要高得多速度要高得多而且在输出位数较多时，逐次渐而且在输出位数较多时，逐次渐近型近型A/D转换器的电路规模要比转换器的电路规模要比并联比较型小得多并联比较型小得多逐次渐近型逐次渐近型A/D转换器是目前集成转换器是目前集成A/D转换器产品转换器产品中用得最多的一种电路中用得最多的一种电路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.3.5 双积分型双积分型A/D转换器转换器（（V-T变换型）变换型）v工作原理：首先将输入的模拟电压信号转换成与之成正比的工作原理：首先将输入的模拟电压信号转换成与之成正比的时时间宽度信号间宽度信号，然后在这个时间宽度里对固定频率的时钟脉冲，然后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。

计数，计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字信号数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院工作原理：工作原理：v起始状态：起始状态： vL=0；；计计数器清零；接通数器清零；接通S0使使C充分放电充分放电vvL=1，转换开始，，转换开始，S0断开断开v第一次积分：第一次积分：S1→vI，积分器作固定时间，积分器作固定时间T1的的正向积分正向积分，，T1期期间间vI不变 -v vc c+ +数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院v第二次积分：第二次积分：S1→-VREF，积分，积分器作器作反向积分反向积分，，至至vO=0故：故：数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院设时钟周期为设时钟周期为TC，，输出数字输出数字量为量为D，，则则代入上式得：代入上式得：至于至于T1，，若满足若满足数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院电路实现电路实现工作原理：工作原理：v起始状态：起始状态： vL=0；；计数器及计数器及FFA均被清零；接通均被清零；接通S0使使C充分放电。

充分放电数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院vvL=1，转换开始，，转换开始，S0断开、断开、S1→vI，积分器作，积分器作正向积正向积分分，比较器输出为高电平，将门，比较器输出为高电平，将门G打开，计数器对打开，计数器对vG端的脉冲计数端的脉冲计数数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院v当计数器计满当计数器计满2n个脉冲以后，自动返回全个脉冲以后，自动返回全0状态，状态，FFA置置1同时同时S1转接到转接到-VREF一侧，开始反向积分待积分器的输出一侧，开始反向积分待积分器的输出回回0后，比较器输出低电平，将门后，比较器输出低电平，将门G封锁，至此转换结束封锁，至此转换结束数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院V-T变换型变换型ADC的特点：的特点：vv性能稳定，转换精度高性能稳定，转换精度高性能稳定，转换精度高性能稳定，转换精度高vv电路简单，抗干扰能力强电路简单，抗干扰能力强电路简单，抗干扰能力强电路简单，抗干扰能力强vv工作速度低工作速度低工作速度低工作速度低————低速低速ADCvv适用于要求精度高，速度要求不高的场合适用于要求精度高，速度要求不高的场合适用于要求精度高，速度要求不高的场合适用于要求精度高，速度要求不高的场合数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.3.6 V-F变换型变换型A/D转换器转换器v工作原理：首先将输入的模拟电压信号转换成与之工作原理：首先将输入的模拟电压信号转换成与之成比例的频率信号，然后在一个固定的时间间隔成比例的频率信号，然后在一个固定的时间间隔TG里对得到的频率信号计数，所得到的计数结果就是里对得到的频率信号计数，所得到的计数结果就是正比于输入模拟电压的数字量。

正比于输入模拟电压的数字量数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院vV-F变换器（压控振荡器）输出脉冲频率与输入电压变换器（压控振荡器）输出脉冲频率与输入电压有很好的线性关系有很好的线性关系v寄存器可防止输出数字跳动寄存器可防止输出数字跳动数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院工作原理：工作原理：v当单稳态触发器处于稳态时，当单稳态触发器处于稳态时，vo=0，开关，开关SW合到合到右边，积分器正向积分右边，积分器正向积分积分器型电荷平衡式积分器型电荷平衡式V-F变换器的电路结构框图变换器的电路结构框图数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院v当当vo1降至降至0时，电压比较器翻转，单稳态触发器进入暂稳态，时，电压比较器翻转，单稳态触发器进入暂稳态， vo变为高电平，同时将变为高电平，同时将SW合到左边，将合到左边，将IO（（>Iint）接到积）接到积分器的输入端，积分器反向积分，分器的输入端，积分器反向积分， vo1逐渐上升，单稳态触逐渐上升，单稳态触发器返回稳态后，发器返回稳态后，vo=0，，SW又接到右边，积分器又开始正又接到右边，积分器又开始正向积分。

向积分数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院V-F变换型变换型ADC的特点：的特点：vvVCOVCO输出是调频信号易于传输，且抗干扰能力强输出是调频信号易于传输，且抗干扰能力强输出是调频信号易于传输，且抗干扰能力强输出是调频信号易于传输，且抗干扰能力强适用于遥测、遥控系统中一般将适用于遥测、遥控系统中一般将适用于遥测、遥控系统中一般将适用于遥测、遥控系统中一般将VCOVCO放在发射端，放在发射端，放在发射端，放在发射端，其他部分放在接收端其他部分放在接收端其他部分放在接收端其他部分放在接收端vv由于高精度的由于高精度的由于高精度的由于高精度的VCOVCO不易得到，因此精度不易提高不易得到，因此精度不易提高不易得到，因此精度不易提高不易得到，因此精度不易提高vv速度慢这是由于计数型原理决定的这是由于计数型原理决定的这是由于计数型原理决定的。

速度慢这是由于计数型原理决定的数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院11.3.7 ADC的转换速度与转换精度的转换速度与转换精度单片单片集成的集成的A/D转换器采用转换器采用分辨率分辨率和和转换误差转换误差来描述1. A/D转换器的转换精度转换器的转换精度v分辨率分辨率：：以输出二进制或十进制的位数以输出二进制或十进制的位数n表示，说表示，说明明A/D转换器对输入信号的分辨能力转换器对输入信号的分辨能力v还可以用输入电压的最小差异还可以用输入电压的最小差异来表示，其中来表示，其中FSR表表示最大输入信号示最大输入信号数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院转换误差：转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出，它表通常以输出误差最大值的形式给出，它表示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别，一般多以最低有效位的倍数给出如：间的差别，一般多以最低有效位的倍数给出。

如：数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院2. A/D转换器的转换速度转换器的转换速度vA/D转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型，转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型，不同类型的不同类型的A/D转换器的转换速度相差悬殊转换器的转换速度相差悬殊v并联比较型并联比较型A/D转换器的转换速度最快转换器的转换速度最快v逐次渐近型逐次渐近型A/D转换器的转换速度次之转换器的转换速度次之v间接间接A/D转换器的转换速度要低得多了转换器的转换速度要低得多了v高速高速A/D转换器应将取样转换器应将取样-保持电路的获取时间计入保持电路的获取时间计入转换时间之内转换时间之内数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院vP548-554u题题11.3u题题11.5u题题11.11u题题11.14u题题11.19作业作业。