【正文】 3/8 5/8 1/2 3/8 1/4 1/8 △ vo 理想 實際 比例系數(shù)誤差 圖 3位 D/A轉(zhuǎn)換器的比例系數(shù)誤差 （ 2）失調(diào)誤差 ： 由運算放大器的零點漂移引起，其大小與輸入數(shù)字量無關(guān)，該誤差使輸出電壓的轉(zhuǎn)換特性曲線發(fā)生平移， 3位 D/A轉(zhuǎn)換器的失調(diào)誤差如圖所示。 001 010 011 100 101 110 111 VO/VREF 0 7/8 3/8 5/8 1/2 3/8 1/4 1/8 △ vo 理想 實際 (3) 非線性誤差 :是一種沒有一定變化規(guī)律的誤差，一般用在滿刻度范圍內(nèi)，偏移理想的轉(zhuǎn)移特性的最大值來表示。 綜上所述，高精度的 D/A轉(zhuǎn)換器必需是高分辨率的 D/A轉(zhuǎn)換器、高穩(wěn)定度的 VREF和低零點漂移的運放相配合才能實現(xiàn)。 通常用建立時間和轉(zhuǎn)換速率兩參數(shù)來描述 D/A轉(zhuǎn)換器 的轉(zhuǎn)換速度。 LSB/2時）所需時間。 4. 溫度系數(shù) ： 輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨 溫度變化產(chǎn)生的變化量。 96 D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用 前已介紹， AD7533D/A轉(zhuǎn)換器 是 10位 CMOS電流開關(guān)形 D/A轉(zhuǎn)換器。 2R + RF 2R D9 R R 2R 2R D7 D8 v0 +VREF R 10kΩ 20kΩ 10kΩ IOUT1 IOUT2 R 2R 2R 2R D0 D1 D2 R R 圖 AD7533內(nèi)部電路 D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用廣泛，舉例如下： 1. 數(shù)字式可編程增益控制電路 ???? ???????? 9010901022,22iiiIOViiiOIDVVADRVRV根據(jù)虛地原理，由圖得 2R I=VI/R VO/R + RF 2R D9 R R 2R 2R D7 D8 VREF R IOUT1 IOUT2 R 2R 2R 2R D0 D1 D2 R R 圖 數(shù)字式可編程增益控制電路 vI VO AD7533 ⑵ 脈沖波產(chǎn)生電路 由 AD753 運算放大器及 4位同步二進制計數(shù)器 74LVC163（ 同步清零）組成的波形產(chǎn)生電路如圖 （ a） 所示。在時鐘脈沖作用下，輸出狀態(tài)為 0000～ 1001。 ? ???????1022niiinR E FO DVV由公式 可得 VO波形如圖（ b） 如采用可逆計數(shù)器可得三角波。2 A/D(模數(shù) )轉(zhuǎn)換器（ ADC） A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過程 三、量化和編碼 二、取樣定理 fS≥2 fimax 一、 A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟 取樣 ——保持 ——量化 ——編碼 A/D轉(zhuǎn)換器要將時間上連續(xù) ， 幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時間上離散 ， 幅值也離散的數(shù)字信號 ， 它一般要包括 取樣 ， 保持 ， 量化及編碼 4個過程 。 A/D功能 : 1. 取樣與保持 取樣是將隨時間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散的模擬量 S(t) vO(t) t O O vI(t) O t t (b)各信號波形 TS 圖 取樣過程 采樣信號 S(t)的頻率愈高，所采得信號經(jīng)低通濾波器后愈能真實地復(fù)現(xiàn)輸入信號。 則 fs ≥ 2 fimax () vO(t) vI(t) S(t) (a)傳輸門 TG 如 fimax為輸入信號最高頻率分量的頻率 要將取樣電路每次采得模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號都需要一定時間，為了給后續(xù)的量化編碼過程提供一個穩(wěn)定的值，在取樣電路后要保加持電路，將所采樣的模擬信號保持一段時間。 t t t 6 t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 t 0 0 電路要求： AV1?AV2= 1 ,A1 的 Ri 高， A2 的 Ri 高、 Ro低。 AV2=1 因此 VO=VI,在 t0~t1時間 間隔內(nèi) 是取樣階段。 (b)波形圖 (a)原理圖 ■ 實際 取樣 —保持電路 LF198 經(jīng)改進的電路及工作原理 + + L A1 A2 uI uL D2 D1 R1 30K R2 300 uO u’O S Ch 運放均作為電壓跟隨器使用 uO= u’O=uI 由 uL來控制開關(guān) S的通斷： uL=1， S閉合；否則 S斷開 S閉合時外接電容上的電壓也等于 uI，并在 S斷開后使 uo也保持不變。即將輸出電壓表示為最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，這一轉(zhuǎn)化過程稱為數(shù)值量化，簡稱量化。編碼后得到的代碼就是 A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。它是數(shù)字信號最低位為 1時所對應(yīng)的模擬量， 即 1LSB。用 ε表示。 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，各離散電平之間的差值越小， 量化誤差越小。 以 3位 A/D轉(zhuǎn)換器為例，設(shè)輸入信號 VI的變化范圍為 0~1V。 (1)量化及量化誤差 用 四舍五入方式時， 取 (1/2)△ =（ 1/15） V， 量化中把 不足半個量化單位的部分舍去，對于等于或大于半 個量化單位的部分按一個量化單位處理。即最大量化誤差為 。其最大量化誤差為： 最大量化誤差為 2L SBm a x ??（ 2）兩種量化方式圖象說明 V870 1V V86V85V84V83V82V81111 110 101 100 011 010 001 000 0Δ=0 v 7Δ=7/8 v 6Δ=6/8 v 5Δ=5/8 v 4Δ=4/8 v 3Δ=3/8 v 2Δ=2/8 v 1Δ=1/8 v 輸入信號 編碼 模擬電平 0 1V V1513V1511V159V157V155V153V151110 101 100 011 010 001 000 輸入信號 編碼 模擬電平 0Δ=0 v 1Δ=2/15 v 2Δ=4/15 v 3Δ=6/15 v 4Δ=8/15 v 5Δ=10/15 v 6Δ=12/15 v 7Δ=14/15 v 111 ■ A/D(模數(shù) )轉(zhuǎn)換器的種類 按工作原理可分為兩類 ： 直接 A/D轉(zhuǎn)換器和 間接 A/D轉(zhuǎn)換器 直接 A/D轉(zhuǎn)換器 :可將模擬信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號，特點是轉(zhuǎn)換速度較快，典型電路有并行 比較型 A/D轉(zhuǎn)換器和逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器。 并行比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 一、 電路組成（ P448—圖 ） ? 比較器組、寄存器組、編碼器 二、工作原理 表 91 三、主要特點 ? 轉(zhuǎn)換精度主要取決于量化電平的劃分，精度越高，所用的器件越多，電路越復(fù)雜 。 個比較器12 ?n 并行比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 電路組成 ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ R ?I VRE F VRE F 13 1 5 R CP VRE F 1 1 1 5 R R R VRE F 3 1 5 VRE F 1 1 5 R R R/2 + – C1 + – C2 + – C3 + – C4 + – C5 + – C6 + – C7 C01 C02 C03 C0 4 C05 C06 C07 1D C1 Q I1 1D C1 Q I2 1D C1 Q I3 1D C1 Q I4 1D C1 Q I5 1D C1 Q I6 1D C1 Q I7 D0 D1 D2 優(yōu)先編碼器 (LS B)D0 ( M SB )0 電壓比較器 輸入模擬電壓 精密電阻網(wǎng)絡(luò)（ 23個電阻） 精密參考電壓 D觸發(fā)器 VREF/15 3VREF/15 7VREF/15 9VREF/15 11VREF/15 5VREF/15 13VREF/15 輸出數(shù)字量 ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ R ?I VRE F VRE F 13 1 5 R CP VRE F 1 1 1 5 R R R VRE F 3 1 5 VRE F 1 1 5 R R R/2 + – C1 + – C2 + – C3 + – C4 + – C5 + – C6 + – C7 C01 C02 C03 C0 4 C05 C06 C07 1D C1 Q I1 1D C1 Q I2 1D C1 Q I3 1D C1 Q I4 1D C1 Q I5 1D C1 Q I6 1D C1 Q I7 D0 D1 D2 優(yōu)先編碼器 (LS B)D0 ( M SB )0 并行比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 工作原理 11VREF/15 9VREF/15 13VREF/15 7VREF/15 3VREF/15 VREF/15 5VREF/15 VI=8VREF/15 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 優(yōu)先級別 I7最高 I1最低 0 0 1 vi vO 比較器的輸出狀態(tài)由 寄存器存儲 經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得到 數(shù)字量 輸出 。 并行比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 電路特點： ?在并行 A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入電壓 ?I同時加到所有比較器的輸入端，從 ?I加入到三位數(shù)字量穩(wěn)定輸出所經(jīng)歷的時間為比較器、 D觸發(fā)器和編碼器延遲時間之和。所以它具有最短的轉(zhuǎn)換時間。位數(shù)越多矛盾越突出。 ?單片集成并行比較型 A/D轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品很多，如 AD公司的AD9012 (TTL工藝 8位 )、 AD9002 (ECL工藝， 8位 )、 AD9020 (TTL工藝， 10位 )等。如下圖電路。 相減所得到的差 值小于 1VLSB,為 保證后級轉(zhuǎn)換精 度將差值放大 32倍 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 逐次逼近轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物重非常相似 。 設(shè)待秤重量 Wx = 13克。工作原理示意如下： 由以上工作原理示意圖，可設(shè)計 電路組成框圖如下： 第一個時鐘脈沖使移位寄存器最高位置 1其它位 置 0—比較 —決定存 1或 0，然后第二個時鐘脈沖使 移位寄存器次高位置 1 控制邏 輯電路 電壓 比較器 D/A轉(zhuǎn)換器 時鐘 移位寄存器 數(shù)據(jù)寄存器 VREF v’O vI CP Dn1 Dn2 D1 D0 數(shù) 字 量 輸 出 模擬 量輸入 啟動脈沖 圖 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器框圖 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 ?I 啟動脈沖 CP 時鐘 電壓 比較器 控制邏輯電路 移位寄位器 數(shù)據(jù)寄存器 模擬 量輸入 數(shù)字 量輸出 D /A 轉(zhuǎn)換器 ?O? VR E F D