数字电路逻辑设计第8章PPT课件下载推荐.ppt
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图8-1-2权电阻网络DAC电路原理图8.1.3T型电阻网络型电阻网络DAC为为了了克克服服权权电电阻阻网网络络中中电电阻阻值值相相差差过过大大的的缺缺点点,引引入入了了T型型电电阻阻网网络络结结构构的的DAC,其其电电路路图图如如图图8-1-3所所示示。
电电阻阻网网络络中中只只有有R、2R两两种种阻阻值值的的电电阻阻,给给集集成成电电路的设计和制作带来很大的方便。
路的设计和制作带来很大的方便。
图8-1-3T型电阻网络DAC8.1.4倒倒T型电阻网络型电阻网络DAC图图8-1-5所所示示是是4位位倒倒T型型电电阻阻网网络络的的数数/模模转转换换器器,输输入入信信号号中中为为0的的位位,模模拟拟开开关关被被控控制制接接通通地地,输输入入信信号号中中为为1的的位位,对对应应模模拟拟开开关关被被控控制制接接通通“虚虚地地”点点,即即运运算放大器的反相输入端。
算放大器的反相输入端。
图图8-1-5四位倒四位倒T形形DAC8.1.5DAC的主要技术参数的主要技术参数1.DAC的转换精度的转换精度一一般般用用分分辨辨率率和和转转换换误误差差来来描描述述DAC的转换精度。
的转换精度。
(1)分辨率分辨率分分辨辨率率可可以以用用DAC输输入入端端二二进进制制数数码码的的位位数数给给出出。
位位数数越越多多,输输出出电电压压uo的的取取值值个个数数越越多多,越越能能反反映映出出输输出出电电压压的的细细微微变化,分辨能力越强。
变化,分辨能力越强。
分分辨辨率率还还可可以以用用DAC电电路路能能分分辨辨的的最最小小输输出出电电压压与与最最大大输输出出电电压压之之比比来来表表示示。
根据式(根据式(8-1-4)有)有分辨率分辨率=1/2n1(n为为DAC输入端二进制数码的位数)输入端二进制数码的位数)该值越小,分辨能力越高。
该值越小,分辨能力越高。
(2)转换误差转换误差转转换换误误差差常常用用输输出出满满刻刻度度(FullScaleRange,FSR)的的百百分分数数来来表表示示,AD7520的的非非线线性性误误差差为为0.05%FSR,转转换换误误差差等等于满刻度的万分之五。
于满刻度的万分之五。
2.DAC的转换速度的转换速度
(1)建立时间建立时间ts从从输输入入由由全全0变变成成全全1时时开开始始,到到输输出出电电压压稳稳定定在在FSR1/2LSB为为止止所所需需要要的的时时间间,称为建立时间。
称为建立时间。
(2)转换速率转换速率SR转转换换速速率率是是指指大大信信号号工工作作状状态态模模拟拟输输出出电电压压的的最最大大变变化化率率,通通常常以以V/s为为单单位位。
反反映映了了电电压压型型输输出出的的DAC中中输输出出运运算算放放大大器的特性。
器的特性。
8.2模模/数转换器(数转换器(ADC)8.2.1模模/数转换器的基本概念数转换器的基本概念1.采样、保持采样、保持采采样样保保持持原原理理电电路路如如图图8-2-1(a)所所示示,uui是是输输入入的的模模拟拟信信号号,S(t)是是采采样样脉脉冲冲,Ts是是采采样样脉脉冲冲周周期期,tW是是采采样样脉脉冲冲持持续续时时间间。
图图(a)的的模模拟拟开开关关S在在tW时时间间,S(t)使使开开关关接接通通,经经开开关关采采样样后后的的输输出出uuS=uui;
在在Ts-tW时间,时间,S(t)使开关断开,使开关断开,uuS=0。
图图8-2-1采采样样保保持持采采样样就就是是对对模模拟拟信信号号周周期期性性地地抽抽取取样样值值,使使模模拟拟信信号号变变成成时时间间上上离离散散的的脉脉冲冲串串,但但其其幅幅值值仍仍取取决决于于采采样样时时间间内内输输入入模模拟拟信信号的大小。
号的大小。
采采样样频频率率fS(1/Ts)越越高高,采采样样越越密密,采采样样值值就就越越多多,其其采采样样信信号号uuS的的包包络络线线就就越越接近于输入信号的波形。
接近于输入信号的波形。
2.量化、编码量化、编码采采样样保保持持得得到到的的信信号号在在时时间间上上是是离离散散的的,幅幅值值可可以以有有无无穷穷多多个个,仍仍属属模模拟拟量量范范畴畴。
任任何何一一个个数数字字量量的的大大小小只只能能是是某某个个最最小数量单位的整数倍,因此是不连续的。
小数量单位的整数倍,因此是不连续的。
量量化化过过程程只只是是把把模模拟拟信信号号按按量量化化单单位位作作了了取取整整处处理理,需需要要用用代代码码表表示示量量化化值值,如如二二进进制制码码、二二十十进进制制码码等等,这这样样的的过过程称为编码。
常用的编码是二进制编码。
程称为编码。
8.2.2并联比较型并联比较型ADC1.电路结构电路结构图图8-2-3所所示示是是三三位位并并联联比比较较型型ADC的的电电路路图图,它它是是由由比比较较器器、寄寄存存器器和和优优先先编编码码器器组组成成。
输输入入为为模模拟拟电电压压,输输出出为为三三位位二二进进制制数数码码D2D1D0,假假定定输输入入的的模模拟拟电电压压Ui是是取取样样保保持持电电路路的的输输出出电电压压,则则采采用用有舍有入的量化方法,即四舍五入法。
有舍有入的量化方法,即四舍五入法。
图8-2-3并联比较型ADC2.工作原理工作原理当当S(t)=0时时,采采样样保保持持电电路路提提供供一一个个稳稳定定的的采采样样电电压压值值,作作为为Ui送送入入比比较较器器,使使它它在在保保持持时时间间内内进进行行量量化化。
量量化化后后的的值值,在在S(t)上上升升沿沿来来到到时时送送入入D触触发发器器寄寄存存,并并由由优优先先编码器产生相应的二进制数码输出。
编码器产生相应的二进制数码输出。
8.2.3逐次逼近型逐次逼近型ADC逐逐次次逼逼近近型型ADC原原理理与与天天平平称称量量重物类似。
重物类似。
逐逐次次逼逼近近型型ADC由由比比较较器器、D/A转转换换器器、寄寄存存器器、时时钟钟脉脉冲冲源源和和控控制制逻辑五个部分组成。
逻辑五个部分组成。
图8-2-4逐次逼近型ADC原理框图逐逐次次逼逼近近型型ADC,从从MSB开开始始,顺顺序序地地对对每每一一位位将将输输入入电电压压与与内内置置DAC的的输输出出进进行行比比较较,得得到到输输出出数数字字值值,其其转转换换速速度度比比并并联联比比较较型型的的慢慢。
但但输输出出位位数数较较多多时时,逐逐次次逼逼近近型型ADC的的电电路路规规模模要要比比并并联联比比较较型型小小得得多多。
所所以以逐逐次次逼逼近近型型ADC是是目目前前集集成成A/D转换器产品中用得最多的一种电路。
转换器产品中用得最多的一种电路。
8.2.4双积分型双积分型ADC1.电路结构电路结构双双积积分分型型ADC的的原原理理电电路路如如图图8-2-6所示。
所示。
图8-2-6双积分型ADC的简化电路2.工作原理工作原理A/D转转换换的的过过程程是是:
积积分分器器先先以以固固定定时时间间T1对对uui(正正压压)积积分分,在在积积分分器器的的输输出出端端获获得得一一个个与与uui成成正正比比的的U01,如如图图8-2-7所所示。
示。
图图8-2-7双双积积分分型型ADC的的工工作作波波形形A/D转换分三阶段进行:
转换分三阶段进行:
(1)初初始始准准备备(休休止止阶阶段段):
转转换换控制信号控制信号uuS=0,将计数器和将计数器和FC清零。
清零。
(2)第第一一次次积积分分(采采样样阶阶段段):
在在tt=0=0时时,uuS上上升升为为高高电电平平,断断开开S2,积积分分器器开始对开始对uui积分。
积分。
(3)第第二二次次积积分分(比比较较阶阶段段):
将将Uo1转转换换成成与与之之成成正正比比的的时时间间间间隔隔T2。
SA1指指向向UREF后后,积积分分器器又又从从T1时时刻刻开开始始反反向积分。
向积分。
8.2.5ADC的主要技术指标的主要技术指标1.ADC的转换精度的转换精度单单片片集集成成ADC的的转转换换精精度度由由分分辨辨率率和和转换误差来描述。
转换误差来描述。
(1)分辨率分辨率分分辨辨率率以以输输出出二二进进制制数数或或十十进进制制数数的的位位数数表表示示,说说明明ADC对对输输入入信信号号的的分分辨辨能能力。
力。
(2)转换误差转换误差转转换换误误差差常常以以输输出出误误差差最最大大值值的的形形式式给给出出,它它表表示示ADC实实际际输输出出的的数数字字量量和和理理论论上上应应有有的的输输出出数数字字量量之之间间的的差差别别,并以最低有效位的倍数表示。
并以最低有效位的倍数表示。
2.ADC的转换速度的转换速度ADC的的转转换换速速度度主主要要取取决决于于转转换换电路的类型。
电路的类型。
8.2.6ADC的应用的应用A/D转转换换在在数数字字式式仪仪表表、数数字字控控制制系系统统和和计计算算机机控控制制系系统统中中是是必必不不可可少少的的一一个个部部件件。
目目前前ADC电电路路都都做做成成集集成成电电路路供供使使用用者者选选择择,种种类类十十分分繁繁杂杂,功功能能各各异异,现现仅仅介介绍绍ADC0801型型ADC及其应用。
及其应用。
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