【正文】 552 5 1 μ FuoVCCuiuotttP00uct02 VCC/3 接通 VCC后瞬間 ， VCC通過 R對 C充電 ， 當(dāng) uc上升到 2VCC/3時(shí) ， 比較器 C1輸出為 0， 將觸發(fā)器置 0， uo＝ 0。 這時(shí) Q=1， 放電管 T導(dǎo)通 ， C通過 T放電 ， 電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài) 。 ui到來時(shí) ， 因?yàn)?ui＜ VCC/3， 使 C2＝ 0， 觸發(fā)器置 1， uo又由 0變?yōu)?， 電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) 。 由于此時(shí) Q=0， 放電管 T截止 ， VCC經(jīng) R對 C充電 。 雖然此時(shí)觸發(fā)脈沖已消失 ， 比較器 C2的輸出變?yōu)?1， 但充電繼續(xù)進(jìn)行 ， 直到 uc上升到 2VCC/3時(shí) ， 比較器 C1輸出為 0， 將觸發(fā)器置 0，電路輸出 uo＝ 0， T導(dǎo)通 ， C放電 ， 電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài) 。 uoamp。uiuAu 39。o( a ) 電路示意圖 ( b ) 波形圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uou 39。ouiuAtpu iu o t p延遲與定時(shí) 整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 集成 D/A轉(zhuǎn)換器 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 數(shù)字系統(tǒng)只能處理數(shù)字信號。但在工業(yè)過程控制、智能化儀器儀表和數(shù)字通信等領(lǐng)域，數(shù)字系統(tǒng)處理的對象往往是模擬信號。 例如，在生產(chǎn)過程控制中對溫度、壓力、流量等物理量進(jìn)行控制時(shí)，經(jīng)過傳感器獲取的電信號都是模擬信號。這些模擬信號必須變換成數(shù)字信號才能由數(shù)字系統(tǒng)加工、運(yùn)算。 另一方面，數(shù)字系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號，有時(shí)又必須變換成模擬信號才能去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，必須解決模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換問題。 D/A轉(zhuǎn)換器： 把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的器件稱為 數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 ， 簡稱 D/A轉(zhuǎn)換器或 DAC(Digital to Analog Converter)； A/D轉(zhuǎn)換器： 把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的器件稱為 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 ， 簡稱 A/D轉(zhuǎn)換器或 ADC(Analog to Digital Converter)。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 為了 解決模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換問題 ， 提供 了如下 兩類器件： 圖 (a)給出了 一個(gè) 4位 D/A轉(zhuǎn)換器的示意框圖 ， 其轉(zhuǎn)換特性曲線如圖 (b)所示 。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 圖中，設(shè)輸出模擬量的滿刻度值為 Am ，則當(dāng)數(shù)字量為 0001，電路輸出最小模擬量 。推廣到一般情況， n位輸入的 D/A轉(zhuǎn)換器所能轉(zhuǎn)換輸出的最小模擬量 。 2． 主要參數(shù) 衡量 D/A轉(zhuǎn)換器性能的主要參數(shù)有 分辨率 、 非線性度 、 絕對精度和建立時(shí)間 。 (1) 分辨率 由于 分辨率 決定于數(shù)字量的位數(shù) ， 所以有時(shí)也用輸入 數(shù)字量的位數(shù)表示 ， 如 分辨率為 8位 、 10位等 。 分辨率是指最小模擬量輸出與最大模擬量輸出之比 。 對于一個(gè) n位 D/A轉(zhuǎn)換器 ， 其分辨率為 分辨率 = 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 (2) 非線性誤差 具有理想轉(zhuǎn)換特性的 D/A轉(zhuǎn)換器 ， 每兩個(gè)相鄰數(shù)字量對 應(yīng)的模擬量之差都為 ALSB 。 在滿刻度范圍內(nèi)偏離理想轉(zhuǎn)換 特性的最大值 ， 稱為非線性誤差 。 (3) 絕對精度 絕對精度是指在輸入端加對應(yīng)滿刻度數(shù)字量時(shí) ， 輸出 的實(shí)際值與理想值之差 。 一般該值應(yīng)低于 。 建立時(shí)間是指從送入數(shù)字信號起 ， 到輸出模擬量達(dá)到 穩(wěn)定值止所需要的時(shí)間 。 它反映了電路的轉(zhuǎn)換速度 。 (4) 建立時(shí)間 1． 按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類 根據(jù)電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同 ， D/A轉(zhuǎn)換器可分成 權(quán)電阻 網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 、 R2R正梯形電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 和 R2R 倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 等幾類 。 2． 按電子開關(guān)分類 根據(jù)電子開關(guān)的不同 ,可分成 CMOS電子開關(guān) D/A轉(zhuǎn)換 器 和 雙極型電子開關(guān) D/A轉(zhuǎn)換器 。 雙極型電子開關(guān)比 CMOS 電子開關(guān)的開關(guān)速度高 。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 二 、 D/A轉(zhuǎn)換器的類型 目前 ， 集成 D/A轉(zhuǎn)換器有很多類型和不同的分類方法 。從電路結(jié)構(gòu)來看 ， 各類集成 D/A轉(zhuǎn)換器至少都包括電阻網(wǎng)絡(luò)和電子開關(guān)兩個(gè)基本組成部分 。 3． 按輸出模擬信號的類型分類 根據(jù)輸出模擬信號的類型 ， D/A轉(zhuǎn)換器可分為 電流型 和 電壓型 兩種 。 常用的 D/A轉(zhuǎn)換器大部分是電流型 ， 當(dāng)需要將 模擬電流轉(zhuǎn)換成模擬電壓時(shí) ， 通常在輸出端外加運(yùn)算放大 器 。 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展 ,D/A轉(zhuǎn)換器在電路結(jié)構(gòu) 、 性 能等方面都有很大變化 。 從只能實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬電流轉(zhuǎn) 換的 D/A轉(zhuǎn)換器 ,發(fā)展到能與微處理器完全兼容 、 具有輸入 數(shù)據(jù)鎖存功能的 D/A轉(zhuǎn)換器 ,進(jìn)一步又出現(xiàn)了帶有參考電壓 源和輸出放大器的 D/A轉(zhuǎn)換器 ， 大大提高了 D/A轉(zhuǎn)換器綜合 性能 。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 三 、 典型芯片 集成 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832 DAC0832是用 CMOS工藝制作的 8位 D/A轉(zhuǎn)換器 ,采用 20引腳雙列直插式封裝 。 1． 主要性能 分辨率： 8位 ； 轉(zhuǎn)換時(shí)間： 1μ s ； 緩沖能力：雙緩沖 ； 輸出信號類型：電流型 。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 常用的 D/A轉(zhuǎn)換器有 8位 、 10位 、 12位 、 16位等種類 ， 每種又有不同的型號 。 2． 結(jié)構(gòu)框圖和管腳排列圖 DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和管腳排列圖分別如圖 (a)、 圖 (b)所示 。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 集成 A/D轉(zhuǎn)換器 通常 ， A/D轉(zhuǎn)換的過程包括采樣 、 保持和量化 、 編碼兩大步驟 。 采樣： 是指周期地獲取模擬信號的瞬時(shí)值 ， 從而得到一系列時(shí)間上離散的脈沖采樣值 。 保持： 是指在兩次采樣之間將前一次采樣值保存下來 ，使其在量化編碼期間不發(fā)生變化 。 采樣保持電路一般由采樣模擬開關(guān) 、 保持電容和運(yùn)算放大器等幾個(gè)部分組成 。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 經(jīng)采樣保持得到的信號值依然是模擬量 ， 而不是數(shù)字量 。任何一個(gè)數(shù)字量的大小 ， 都是以某個(gè)最小數(shù)字量單位的整數(shù)倍來表示的 。 量化 ： 將采樣保持電路輸出的模擬電壓轉(zhuǎn)化為最小數(shù)字量單位整數(shù)倍的轉(zhuǎn)化過程稱為量化 。 所取的最小數(shù)量單位叫做量化單位 ， 其大小等于數(shù)字量的最低有效位所代表的模擬電壓大小 ， 記作 ULSB。 編碼： 把量化的結(jié)果用代碼 (如二進(jìn)制數(shù)碼 、 BCD碼等 )表 示出來 ， 稱為編碼 。 A/D轉(zhuǎn)換過程中的 量化 和 編碼 是由 A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的 。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 一 、 A/D轉(zhuǎn)換器的類型 A/D轉(zhuǎn)換器的類型很多 ， 根據(jù)轉(zhuǎn)換方法的不同 ， 最常用的 A/D轉(zhuǎn)換器有如下幾種類型 。 1． 并行比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 并行比較型 A/D轉(zhuǎn)換器由電阻分壓器 、 電壓比較器 、 數(shù)碼寄存器及編碼器 4個(gè)部分組成 。 優(yōu)點(diǎn) ： 轉(zhuǎn)換速度快 。 其轉(zhuǎn)換時(shí)間只受電路傳輸延遲時(shí)間的限制 ， 最快能達(dá)到低于 20ns。 缺點(diǎn) ： 隨著輸出二進(jìn)制位數(shù)的增加 ,器件數(shù)目按幾何級數(shù)增加 。 一個(gè) n位的轉(zhuǎn)換器 ， 需要 2n1個(gè)比較器 。 例如 ， n=8時(shí) ， 需要 281=255個(gè)比較器 。 因此 ， 制造高分辨率的 集成并行 A/D轉(zhuǎn)換器受到一定限制 。 適用于要求轉(zhuǎn)換速度高 、 但分辨率較低的場合 。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 2． 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器是集成 ADC芯片中使用最廣泛的一 種類型 。 它由 電壓比較器 、 邏輯控制器 、 D/A轉(zhuǎn)換器及數(shù)碼 寄存器組成 。 特點(diǎn) ： 轉(zhuǎn)換速度較快 ， 且輸出代碼的位數(shù)多 ， 精度高 。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 3． 雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器 雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接 A/D轉(zhuǎn)換器 。 由積分器 、 檢零比較器 、 時(shí)鐘控制門和計(jì)數(shù)器等幾部分組成 。 工作原理 ： 把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)與之成正比的時(shí)間寬度信號 ， 然后在這個(gè)時(shí)間寬度里對固定頻率的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 其結(jié)果就是正比于輸入模擬信號的數(shù)字量輸出 。 優(yōu)點(diǎn) ： 精度高 、 抗干擾能力強(qiáng) ； 缺點(diǎn) :速度較慢 . 廣泛用 于 對速度要求不高的數(shù)字化儀表 。 逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換控制信號 uL為高電平時(shí)開始轉(zhuǎn)換 ， 此時(shí)送出一個(gè)800mV的電壓砝碼與輸入電壓比較 ， 由于 ui＜ 800mV， 將800mV的電壓砝碼去掉 ， 加 400mV的電壓砝碼 ， ui＞ 400mV， 于是保留 400mV的電壓砝碼 。 再加 200mV的砝碼 ， ui＞400mV+200mV， 200mV的電壓砝碼保留 ， 如此一直進(jìn)行下去 ， 可獲得一組二進(jìn)制碼 0110 0111 0011 按照 BCD8421碼劃分 ， 相當(dāng) 673mV。 mV6731 m V2 m V4 m V8 m V1 0 m V2 0 m V4 0 m V8 0 m V1 0 0 m V2 0 0 m V4 0 0 m V/VU o/Vt0mV800iu10 1 10 0 1 1 0 0 1 1一、 工作原理 2Q3Q4Q5Qamp。amp。amp。amp。1?1?amp。 amp。amp。+?2?d12dd0DAC)2(2)2(1)2(0+AQBQAFBFCQC1R1S1C1R1S1C1R1S1CF1G2G3G4G5G6G7G8GAU1DC11DC11DC11DC11DC1LU9GiuBU( L S B )M S B )(CPC1Q1F2F 3F4F5F二 、 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 1． 分辨率 分辨率是指輸出數(shù)字量變化一個(gè)最小單位 (最低位的變化 )對應(yīng)輸入模擬量需要變化的量 。 輸出位數(shù)越多 ， 分辨率越高 。 通常以輸出二進(jìn)制碼的位數(shù)表示分辨率 。 2． 相對精度 相對精度是指實(shí)際轉(zhuǎn)換值偏離理想特性的誤差 。 通常以數(shù)字量最低位所代表的模擬輸入值來衡量，如 相對精度不超過 177。 。 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用 3． 轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指 A/D轉(zhuǎn)換器從接到轉(zhuǎn)換命令起到輸出穩(wěn)定的數(shù)字量為止所需要的時(shí)間 。 三 、 集成 A/D轉(zhuǎn)換器典型芯片 ADC0809 常用的集成 A/D轉(zhuǎn)換器有 8位 、 10位 、 12位 、 16位等 ，每種又可分為不同的型號 。 （ 詳見教材相關(guān)內(nèi)容 ） 第七章 中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用