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第 6 章 : 集成 DAC 和 ADC 的原理与组成 PowerPoint PPT Presentation


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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. §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). §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

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第 6 章 : 集成 DAC 和 ADC 的原理与组成

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Presentation Transcript


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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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§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

VREF:参考电压

VLSB:最小输出 电压(D=1时的输出电压)


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§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


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§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。


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二、T型电阻网络DAC(1)

特点:流过开关的电流变化较大。

电流相加型


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T型电阻网络DAC(2)

特点:流过开关的电流变化较大。

电压相加型


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三、倒T型电阻网络DAC

特点:开关的接触电阻影响转换精度。


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四、电流激励型DAC

特点:用恒流源IREF,开关用差分放大器,速度高。


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五、双极性转换DAC(1)

1、偏移二进制码

2、补码


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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。


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§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


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失调误差 增益误差 非线性误差

§6-1-3 DAC的主要技术指标(1)

二、转换误差


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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


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§6-1-4 集成DAC芯片的选择


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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


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§6-1-5 典型集成DAC应用举例

DAC0832功能图


Dac0832 t l.jpg

DAC0832内倒T形网络


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双缓冲工作方式连接图和时序图


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单缓冲和直通工作方式


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§6-2 集成模数转换器(ADC)

ADC:把模拟信号转换为一定格式的数字量。

  • §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


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§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:fs≥2, fAmax 工程上:fs=10fAmax

保持:使读取的信号在周期内不变。


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采样和保持电路


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四舍五入 去零求整

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。


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量化误差:


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§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


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一、并行型A/D转换器


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并行型A/D转换器


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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。


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二、串/并行型A/D转换器

特点:兼顾转换速度和器件量。


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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。


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12位二进制A/D转换电压2865(量化单位)的比较过程


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逐次比较型ADC的VF波形图

(VA=2865量化单位)


4 a d 3495 l.jpg

4位十进制A/D转换电压3495的比较过程


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四、双积分型A/D转换器


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双积分型A/D转换器工作原理

1、开始时,计数器为零,电容C上电压为零。

2、第一阶段:S1接通,S2断开,积分器对VA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:S2接通,S1断开,积分器对-VREF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。


3 bcd adc l.jpg

3位半BCD码双积分型ADC功能图


6 3 3 icl7135 l.jpg

《数字设计引论》

§6-3ADC和DAC

的应用实例

图6-3-3 ICL7135连接图和工作时序图


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双积分型A/D转换器的特点

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。


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五、V-F型A/D转换器(电压-频率-数字)


V f a d42 l.jpg

V-F型A/D转换器逻辑图


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六、 Σ-Δ型A/D转换器


Adc v a 0 l.jpg

Σ-Δ型ADC在 vA=0 时的工作波形


Adc v a 8v l.jpg

Σ-Δ型ADC在 vA=8V 时的工作波形


Adc v a 8v46 l.jpg

Σ-Δ型ADC在 vA=8V 时的各点电压或逻辑关系表


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一种集成Σ-Δ型ADC原理框图


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§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


6 2 4 adc l.jpg

§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。


6 2 5 adc l.jpg

§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


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集成ADC产品的选择


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§6-2-6 集成ADC应用举例(1)

ADC0809逻辑图


Adc 2 l.jpg

集成ADC应用举例(2)

ADC0809时序图


Slide54 l.jpg

§6-3 应用实例

压力、温度测控仪


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压力温度测控仪方案图


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《数字设计引论》

§6-3ADC和DAC

的应用实例

图6-3-3 ICL7135连接图和工作时序图


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