第7章 数/模与模/数转换器 7.3 模拟开关与采样-保持（S/H）电路 7.1 数/模(D/A)转换器 7.2 模/数(A/D)转换器

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1 第7章 数/模与模/数转换器 7.3 模拟开关与采样-保持（S/H）电路 7.1 数/模(D/A)转换器 7.2 模/数(A/D)转换器
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2 第7章 7.1 数/模(D/A)转换器 7.1.1 T型电阻网络D/A转换器 7.1.2 集成D/A转换器举例 上页 下页 返回

3 7.1.1 T型电阻网络D/A转换器 D/A的组成框图 第7章 电 子 开 关 电 阻 网 络 输入寄存器 基 准 电 压 求 和 放 大
数字量输入 模拟量输出 上页 下页 返回 翻页

4 T型电阻网络D/A转换器 第7章 + _ 上页 下页 返回 翻页 梯形电阻网络A、B、C、D任意一点，其右边的电阻网络等效电阻均等于R 。
基准电源 梯形电阻网络A、B、C、D任意一点，其右边的电阻网络等效电阻均等于R 。 R 2R I0 I1 I2 I3 S0 S1 S2 S3 D0 D1 D2 D3 UREF I Rf UO － ＋ △ 8 A B C D Io1 Io2 电子开关 + _ 模拟信号输出 并行数字输入 S为电子开关。 当 D=0时 S 接地；当 D=1时 S 接“地”（虚地）。 上页 下页 返回 翻页

5 T型电阻网络的等效电路 UREF I = I UREF R 第7章 _ + R R 当 D=0时S 接地；当 D=1时S 接“地”（虚地），
梯形电阻网络A、B、C、D任意一点，其右边的电阻网络等效电阻均等于R 。 R 2R I0 I1 I2 I3 S0 S1 S2 S3 D0 D1 D2 D3 UREF I UO － ＋ △ 8 A B C D Io1 Io2 _ + R R UREF I I = UREF R 当 D=0时S 接地；当 D=1时S 接“地”（虚地）， 即不论模拟开关接到左边还是右边，电阻2R一端总是零电位。其等效电路如图： 上页 下页 返回 翻页

6 = I Io1 = = = – 第7章 UO= – (D3 23+D2 22+D121+D020) UREF Rf 24 R UREF R
） R 2R I0 I1 I2 I3 UREF I A B C D UO= – (Dn-1 2n-1+Dn-2 2n-2+…+D121+D020) UREF Rf 2n R = – （D3 23 +D D121 24 Rf I + D020 ） UO= –Rf I01 2R R 2R I0 I1 I2 I3 S0 S1 S2 S3 D0 D1 D2 D3 UREF I Rf UO － ＋ △ 8 A B C D Io1 Io2 + _ 上页 下页 返回 翻页

7 D/A的主要技术参数 第7章 分辨率=1/（2n-1） 翻页 上页 下页 返回 ※ 分 辨 率:
是指最小输出电压（ 对应的输入二进制数为1 ）与最大输出电压(对应的输入二进制数的所有位全为1)之比。 分辨率=1/（2n-1） 1 210-1 ≈0.001 例如十位数模转换器的分辨率为： ※ 转换精度： 表示实际输出的电压值与理想的输出电压值之间的差别。 ※ 转换速度： 从数码输入到模拟电压稳定输出间的时间称为转换速度。 翻页 上页 下页 返回

8 7.1.2 集成D/A转换器举例 第7章 CC7520 D/A转换器 翻页 上页 下页 返回 CC7520 外部引脚图
CC7520是10位CMOS电流开关型D/A转换器，其结构简单，通用性好。片内只含倒T型电阻网络、电子开关和反馈电阻RF，应用时外部要接参考电压源和运算放大器。 引脚功能 Iout1 Iout2 GND D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 UDD UREF RF 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 Iout1、Iout2：电流输出端 GND：接地端 D9~D0：数字信号输入端 UDD：电源输入端，5 ~ 10V UREF：基准电源，–10V ~ +10V RF：反馈信号输入端 CC7520 外部引脚图 翻页 上页 下页 返回

9 第7章 CC7520 D/A转换器应用电路 + _ UO= – (D9 29+D8 28+…+D121+D020) UREF 210 翻页
3 4 16 15 14 13 12 CC7520 …… D0 D1 D9 UREF UDD + _ U0 UO= – (D9 29+D8 28+…+D121+D020) UREF 210 翻页 上页 下页 返回

10 第7章 程控三角波/方波发生器 上页 下页 返回 本节结束 U02 A2 UREF DZ C A1 U01 …… D8 D7 D0 + _
3 4 16 15 14 13 CC7520 5 6 D9 UREF +15V U02 A1 A2 10k 1k UO2 DZ C R2 20k R1 UO1 上页 下页 返回 本节结束

11 第7章 7.2 模/数(A/D)转换器 概述 7.2.1 逐次逼近型A/D转换器 *7.2.2 双积分型A/D转换器 上页 下页 返回

12 概述： A/D 转换器的作用是将输入的模拟电压数字化。 主要分为 两大类： 直接转换器： 间接转换器： 逐次逼近型、并联比较型等
第7章 概述： A/D 转换器的作用是将输入的模拟电压数字化。 主要分为 两大类： 直接转换器： 逐次逼近型、并联比较型等 ● ● ● 间接转换器： 单积分型、双积分型等 ● ● 上页 下页 返回 翻页

13 7.2.1 逐次逼近型A/D转换器 逐次逼近的基本思想：类似于用天平称物 第7章 上页 下页 返回 翻页 顺序 砝码重量 比较判断 砝码去留
8g 8g<13g 留 2 8g+4g 12g<13g 3 8g+4g+2g 14g>13g 去 4 8g+4g+1g 13g=13g 结果表示 上页 下页 返回 翻页

14 逐次逼近型A/D转换器原理框图 第7章 上页 下页 返回 翻页 D/A 电 压 比 较 器 输出数字量 模拟信号输入 参考电压 逐次逼
近寄存器 D/A 转换器 节 拍 脉 冲 发 生 输 出 寄存器 CP 上页 下页 返回 翻页

15 第7章 上页 下页 返回 翻页 逐次比较寄存器 数码寄存器 • 时钟 比较器 脉冲 • • 四位逐次逼近型A/D转换器 1 d3 d2 d1
d3 d2 d1 d0 D Q C D Q C D Q C D Q C 逐次比较寄存器 • SD J K RD C Q0 数码寄存器 • • • • • UR=8V • U0= (d323+d222+d121+d020) 24 UR 节 拍 脉 冲 发 生 器 C4 C3 C2 C1 C0 SD J K RD C Q1 • • • D/A 时钟 脉冲 • U0=5.5V U0=5V U0=6V U0=4V 比较器 1 1 四 位 D/A 转 换 器 U0 SD J K RD C Q2 1 U+ U+ • • 1 • + + • 1 1 1 C C0 C2 C1 C3 C4 SD J K RD C Q3 • • Ui=5.52V • J K 四位逐次逼近型A/D转换器 上页 下页 返回 翻页

16 第7章 四位逐次逼近型ADC的转换过程 上页 下页 返回 翻页 O 5 1 2 3 4 6 UA/V 5.52 顺序 d3 d2 d1 d0
比较 该位1 的去留 1 4 UA<UI 留 UA逼近UI的波形 2 6 UA>UI 去 3 5 UA<UI 留 2 3 4 1 脉冲 顺序 4 5.5 UA≈UI 留 UA逼近U1的波形 上页 下页 返回 翻页

17 第7章 集成A/D芯片 上页 下页 返回 翻页 ADC0801各管脚功能： ADC0801外引脚图 D0 ~ D7：八位数字信号输出端
UCC：电源端， UCC =5V DGND：数字地端 AGND：模拟地端 CS：片选信号，低电平有效 RD：读出端，低电平有效 WD：写入端，低电平有效 CLKIN：外部时钟脉冲输入端 CLKR：内部时钟脉冲端 INTR：输出控制端 UIN(+)、UIN(-)：模拟量输入端 ADC0801外引脚图 上页 下页 返回 翻页

18 第7章 *7.2.2 双积分型A/D转换器 双积分型A/D转换器属于电压－时间变换的间接A/D转换器。 基本原理是将一段时间内的输入模拟电压 Ui 和参考电压UR 通过两次积分，变换成与输入电压平均值成正比的时间间隔，再变换成正比于输入模拟信号的数字量。 上页 下页 返回 翻页

19 双积分型A/D转换器原理图 第7章 计数器 上页 下页 返回 翻页 S2 脉冲 发生器 C A Ui S1 R 控 制 逻 辑 电 路
_ 控 制 逻 辑 电 路 －UR A1 B _ + uo + A2 + 积分器 + CP 比较器 & 计数器 数字量输出 双积分型A/D转换器原理图 上页 下页 返回 翻页

20 1. 定时采样阶段： S1合向A侧，从0开始对Ui积分。
第7章 CP uo t UP T1 T2 Dout －UR Ui A B S1 R S2 C uo 积分器 比较器 CP 数字量输出 _ + 计数器 控 制 逻 辑 电 路 & 脉冲 发生器 A1 A2 1. 定时采样阶段： S1合向A侧，从0开始对Ui积分。 A/D转换器的工作波形 上页 下页 返回 翻页

21 - 第7章 uo t Dout t=T1 时， S1合向B侧，停止采样。 t=t1积分器输出为 2n 上页 下页 返回 翻页 T1 T2
CP uo t UP T1 T2 Dout －UR Ui A B S1 R S2 C uo 积分器 比较器 CP 数字量输出 _ + 计数器 控 制 逻 辑 电 路 & 脉冲 发生器 A1 A2 t=T1 时， S1合向B侧，停止采样。 t=t1积分器输出为 UP = - RC T1 Ui TC 2n A/D转换器的工作波形 上页 下页 返回 翻页

22 ∫ - 第7章 uo t Dout 2. 比较读数阶段： t≥ T1时，积分器的输出电压 Dout = 2n uo = dt 上页 下页
CP uo t UP T1 T2 Dout －UR Ui A B S1 R S2 C uo 积分器 比较器 CP 数字量输出 _ + 计数器 控 制 逻 辑 电 路 & 脉冲 发生器 A1 A2 2. 比较读数阶段： t≥ T1时，积分器的输出电压 Dout = 2n U R Ui UP uo = - RC 1 （–U R） ∫ t T1 dt 上页 下页 返回 翻页

23 模数转换器的主要技术指标 第7章 本节结束 上页 下页 返回 分 辨 率 转换速度 相对精度
分 辨 率 以输出二进制的位数表示分辨率。位数越多,误差越小,转换精度越高。 转换速度 它是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。 相对精度 它是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。 本节结束 上页 下页 返回

24 第7章 *7.3 模拟开关和采样-保持电路 7.3.1 模拟开关 7.3.2 采样-保持（S/H）电路 上页 下页 返回

25 7.3.1 模拟开关 第7章 模拟开关用于传输模拟信号，它主要由控制电路和开关电路两部分组成。 构成方式：双极型晶体管电路
MOS场效应晶体管 主要介绍由CMOS传输门构成的模拟开关和集成多路模拟开关。 上页 下页 返回 翻页

26 电路 图形符号 第7章 CMOS传输门 模拟开关 T1 T2 上页 下页 返回 翻页 Ui Uo TG Ui Uo UDD 1 D Ui
CP UDD T1 T2 Uo Ui TG 1 D 电路 图形符号 CP Uo Ui TG D Ui Uo 上页 下页 返回 翻页

27 CC4051模拟开关 第7章 电平转换电路 译 码 电 路 上页 下页 返回 翻页 输出 A B C INH 1 2 3 4 5 6 7
译 码 电 路 1 2 3 4 5 6 7 输出 COMMON C B A 3 UDD 1 2 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 COMMON INH UEE USS CC4051 上页 下页 返回 翻页

28 7.3.2 采样-保持（S/H）电路 uo ui uc 第7章 A2 A1 上页 下页 返回 翻页 C （t） 模拟开关 输入缓冲 输出缓冲
放大器 输出缓冲 放大器 保持电容 上页 下页 返回 翻页

29 第7章 采样-保持电路波形图 采样 保持 ui uc uo （t） t t t 上页 下页 返回 本节结束

30 *7.4 非电量测量系统举例 第7章 温度测量系统原理框图： 上页 下页 返回 翻页 信号 采集 电路
温度信号1 温度信号2 信号 采集 电路 模拟 开关 放大滤 波电路 A/D转 换电路 数码显 示电路 计算机 系统 说明：一般A/D转换后的数字信号直接送给计算机系统处理、显示、传输、打印和实现各种控制功能。本例中，用数码显示电路替代微机。 上页 下页 返回 翻页