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第 6 章 : 集成 DAC 和 ADC 的原理与组成

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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  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 VREF：参考电压 VLSB：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） 特点：流过开关的电流变化较大。 电流相加型

  6. 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

  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IREF,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. 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

  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） 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

  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：fs≥2, fAmax 工程上：fs＝10fAmax 保持：使读取的信号在周期内不变。

  22. 采样和保持电路

  23. 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。

  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VF波形图 （VA=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

  35. ㎏

  36. 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。

  37. 3位半BCD码双积分型ADC功能图

  38. 《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

  39. 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。

  40. 五、V-F型A/D转换器（电压-频率-数字）

  41. V-F型A/D转换器逻辑图

  42. 六、 Σ-Δ型A/D转换器

  43. Σ-Δ型ADC在 vA=0 时的工作波形

  44. Σ-Δ型ADC在 vA=8V 时的工作波形

  45. Σ-Δ型ADC在 vA=8V 时的各点电压或逻辑关系表

  46. 一种集成Σ-Δ型ADC原理框图

  47. §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

  48. §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。

  49. §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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