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1、数模数模 模数转换模数转换第一页，共34页。11.111.1数模转换器（数模转换器（DACDAC）11.1.1 11.1.1 数模转换数模转换(zhunhun)(zhunhun)器（器（DACDAC）的）的转换转换(zhunhun)(zhunhun)原理原理 数数模模转转换换器器有有多多种种电电路路类类型型，其其中中T型型电电阻阻数数模模转转换换是是较较常常用用的的一一种种。下下图图是是四四位位T型型电电阻阻转转换换器器原原理理图图，R和和2R电电阻阻构构成成T形形电电阻阻网网络络。S3、S2、S1、S0为为模模拟拟(mn)开开关关，其其开开关关状状态态分分别别受受输输入入的的二二进进制制数数
2、字字信信号号D3、D2、D1、D0控控制制。如如D01时时，模模拟拟(mn)开开关关S0合合向向左左边边，支支路路电电流流I0流流向向Ioutl；当当D00时时，S0合合向向右右边边，支支路路电电流流I0流流向向Iout2。运运算算放放大大器器A0为为电电流流求求和和放放大大器器，它它对对各各位位数数字字所所对对应应的的电电流流求求和和，并并转转换换成成相相应应的的模模拟拟(mn)电电压压。UREF为为高高精精度度基基准准电电源。源。第1页/共34页第二页，共34页。A0+UREFIIout2 1 D0 D2 D1 D3 0Rf2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3UoI0I3I2I1Io
3、ut1四位四位T型电阻转换器原理图型电阻转换器原理图T T型电阻型电阻DADA转换器转换器的工作的工作(gngzu)(gngzu)原理原理 由由于于运运算算放放大大器器的的反反相相输输入入端端为为“虚虚地地”，所所以以无无论论模模拟拟开开关关接接向向左左边边还还是是右右边边，电电阻阻2R接接模模拟拟开开关关一一侧侧的的电电位位都都为为零零，因因此此从从UREF端端看看进进去去的的等等效效电电阻阻为为R。由由此此求求得得总总电电流流IUREFR，各各支支路路(zh l)电流分别为电流分别为 第2页/共34页第三页，共34页。即即每每位位支支路路电电流流与与二二进进制制权权值值（23、22、21、
4、20）成成正正比比。当当每每位位开开关关合合向向左左边边(zu bian)时时，支支路路电电流流由由Ioutl流流出出，开开关关合合向向右右边边时时，支支路路电电流流由由Iout2流流出出。因因此此输输入入不不同同的的二二进进制制数数时时，流流过过Rf的的电电流流Iout1的的大大小小就就不不同同，就就可可以以得得到到大大小小不不同同的的输输出出电电压压。对对于于输输入入的的任任意意四四位位二二进制数进制数D3、D2、D1、D0，流过，流过Rf的电流为的电流为Iout1I3D3I2D2I1D1I0D0=运算放大器的输出运算放大器的输出(shch)电压为电压为 Uo RfIout1(23D3+2
5、2D2+21D1+20D0)第3页/共34页第四页，共34页。可可见见，输输出出的的模模拟拟(mn)电电压压与与二二进进制制数数字字信信号号成成正正比。同理对于比。同理对于n位位DA转换器若取转换器若取RfR，则，则Uo n-1Dn-1+2n-2Dn-2+-+21D1+20D0)11.1.2 DA11.1.2 DA转换器的主要参数转换器的主要参数分分辨辨率率定定义义为为最最小小输输出出电电压压（对对应应(duyng)的的输输入入二二进进制制数数为为1）与与最最大大输输出出电电压压（对对应应(duyng)的的输输入二进制数全为入二进制数全为1）之比，即）之比，即1.1.分辨率分辨率显显然然位位数
6、数越越多多，能能分分辨辨出出的的最最小小电电压压越越小小。有有时时也也直直接接(zhji)用用DA转转换换器器的的位位数数表表示示分分辨辨率率，位位数数越越多多，分辨率越高。分辨率越高。第4页/共34页第五页，共34页。通通常常用用非非线线性性误误差差的的大大小小表表示示DA转转换换器器的的线线性性度度。产产生生(chnshng)非非线线性性误误差差的的原原因因是是模模拟拟开开关关导导通通的的压压降，电阻网络各阻值不尽相等等。降，电阻网络各阻值不尽相等等。2.2.线性度线性度 转转换换器器的的精精度度是是指指输输出出(shch)模模拟拟电电压压的的实实际际值值与与理理想想值值之之差差，其其产产
7、生生的的原原因因是是各各模模拟拟开开关关的的压压降降不不一一定相等，各电阻阻值的偏差不可能做到完全一致。定相等，各电阻阻值的偏差不可能做到完全一致。3.3.精度精度(jn d)(jn d)从从输输入入数数字字信信号号起起，到到输输出出电电压压或或电电流流达达到到稳稳定定值值所所需需时时间间称称为为建建立立时时间间。其其建建立立时时间间主主要要取取决决于于运运算算放放大大器器到到达达稳稳定定状状态态所所需需时时间间。对对于于十十位位的的单单片片集集成成DA转转换换器器的的转换时间一般不超过转换时间一般不超过1 s。4.4.输出电压（或电流）的建立时间输出电压（或电流）的建立时间 除以上参数外除以
8、上参数外DA转换器还有功率消耗，温度系数等转换器还有功率消耗，温度系数等技术指标。技术指标。第5页/共34页第六页，共34页。11.1.3 11.1.3 集成集成(j chn)(j chn)数模转换器数模转换器（DACDAC）DAC0832是是分分辨辨率率为为8位位的的数数模模转转换换器器，它它采采用用20脚脚双双列列直直插插式式封封装装结结构构(jigu)，管脚排列如右图。管脚排列如右图。DAC0832DAC08321234567891020191817161514131211DAC0832CSWR1AGNDDI1DI3DI2DI0DI4DI5DI6DI7UREFRfBDGNDUCCXFER
9、Iout2Iout1ILEDAC0832管脚排列图管脚排列图WR1WR2 DAC0832是电流输出型芯片，其输出端要外接运算放大器，以便将输出模拟电流转换为模拟电压。它的电路(dinl)原理框图如下图所示。第6页/共34页第七页，共34页。AGNDDGNDILE8位输入位输入寄存器寄存器（1）8位输入位输入寄存器寄存器（2）8位位DA转换器转换器111&UCCUREFIout2Iout1RfBCSDI0 DI7RDAC0832原理框图原理框图WR1WR2XFERDAC0832是由是由8位输入寄存器（位输入寄存器（1）、）、8位输入寄存器（位输入寄存器（2）及一个）及一个(y)8位位DA转换器三
10、部分组成。转换器三部分组成。第7页/共34页第八页，共34页。采采用用两两个个8位位寄寄存存器器的的目目的的是是使使DA转转换换器器在在对对其其寄寄存存器器的的数数字字信信号号进进行行转转换换的的同同时时，输输入入寄寄存存器器又又可可以以接接收收新新的的输输入入数数字字信信号号，从从而而提提高高了了转转换换速速度度。各各管管脚脚功功能能(gngnng)如下：如下：DI0DI0 DI7DI7：8 8位数字量的输入端。位数字量的输入端。Iout1Iout1，Iou2Iou2：模拟电流输出端。外接运算放大器的反相输入端与：模拟电流输出端。外接运算放大器的反相输入端与Iout1Iout1相连，外接运算
11、放大器的同相输入端和相连，外接运算放大器的同相输入端和Iout2Iout2相连。相连。Iout1Iout1输出电流为各权电流之和，与输入的数字量成线性对应关系输出电流为各权电流之和，与输入的数字量成线性对应关系(gun x)(gun x)。RfBRfB：芯片内部电阻：芯片内部电阻RR的引出端，外接运算放大器的输出端，作为运算放大器的反馈电阻，也可根据需要外接电阻后再接运算放大器的输出端，的引出端，外接运算放大器的输出端，作为运算放大器的反馈电阻，也可根据需要外接电阻后再接运算放大器的输出端，RR的另一端在芯片内部接的另一端在芯片内部接Iout1Iout1端。端。第8页/共34页第九页，共34页
12、。UUREFREF：权电阻网络基准电源输入端，取值范围为10V 10V，如为单极性输出，则输出电压在 0 UREF范围内变化。UCCUCC：电源输入端，电源电压可在：电源输入端，电源电压可在5 5 15V15V范围内选择，范围内选择，当当UCCUCC15V15V时，工作状态最佳。时，工作状态最佳。DGNDDGND：数字部分接地端。：数字部分接地端。AGNDAGND：模拟部分接地端。在芯片内数字地与模拟地是分开的，以免两者之间的相互干扰，根据需要在芯片外部的适当：模拟部分接地端。在芯片内数字地与模拟地是分开的，以免两者之间的相互干扰，根据需要在芯片外部的适当(shdng)(shdng)部分将两者
13、地线相连。部分将两者地线相连。5 5个输入信号控制端：个输入信号控制端：ILEILE：数据允许：数据允许(ynx)(ynx)锁存信号，高电平有效。锁存信号，高电平有效。第9页/共34页第十页，共34页。：片选信号，低电平有效。当：片选信号，低电平有效。当 0，ILE1，0时，允许输入数据存入寄存器（时，允许输入数据存入寄存器（1）。）。：写入信号：写入信号2，低电平有效。，低电平有效。：传送控制信号，低电平有效。当：传送控制信号，低电平有效。当 0，及及 0时，时，数据由寄存器（数据由寄存器（1）送入寄存器）送入寄存器（2），且进入），且进入8位位DA转换部分进行转换。转换部分进行转换。下图是
14、两片下图是两片DAC0832同时使用的接线方式。电路对控制信号同时使用的接线方式。电路对控制信号的时序要求的时序要求(yoqi)如下如下数数据据送送到到第第一一(dy)芯芯片片寄寄存存器器（1）数数据据(shj)同同时时送送入入两两个个芯芯片片的的寄寄存存器（器（2）转换成模拟量输出。转换成模拟量输出。数据送到第二芯片寄存器（数据送到第二芯片寄存器（1）WR1WR2时序图时序图XFER 第10页/共34页第十一页，共34页。“1”Iout1Iout2RfBCSWR1DI0DI7DAC0832Iout1Iout2RfBDI0DI7DAC0832输输 入入 控控 制制(kngzh)信信号号译译码码
15、器器24线线Uo1Uo2ILE“1”ILE 两两片片DAC0832同同时时使使用用的的接接线线(ji xin)方方式式图图XFERCSXFERWR1WR2WR2 第11页/共34页第十二页，共34页。两个两个DA转换器的转换器的 信号由译码器的两个输出端提供。将两个信号由译码器的两个输出端提供。将两个DA转换器的转换器的 端接在一起，由译码器的第三个输出端提供端接在一起，由译码器的第三个输出端提供控制信号控制信号 。工作时，译码器根据它的输入信号对两个。工作时，译码器根据它的输入信号对两个DA转换器分别发出控制信号转换器分别发出控制信号 ，从而分时地将要转换的数据输，从而分时地将要转换的数据输
16、入到两个芯片的寄存器（入到两个芯片的寄存器（1）中，再由）中，再由 信号，同时将两个信号，同时将两个数据送入相应数据送入相应(xingyng)芯片的寄存器（芯片的寄存器（2）中，然后进行数）中，然后进行数模转换。模转换。第12页/共34页第十三页，共34页。11.2 11.2 模数转换器（模数转换器（ADCADC）11.2.1 11.2.1 模模 数数 转转 换换(zhunhun)(zhunhun)器器（ADCADC）的的 转转 换换(zhunhun)(zhunhun)原理原理 AD转转换换器器的的种种类类繁繁多多，按按工工作作原原理理可可分分为为：并并联联比比较较型型，双双积积分分型型及及逐
17、逐次次逼逼近近型型。并并联联比比较较型型转转换换速速度度快快，但但精精度度(jn d)不不高高；双双积积分分型型转转换换精精度度(jn d)较较高高，抗抗干干扰扰能能力力较较强强，但但转转换换速速度度慢慢；逐逐次次逼逼近近型型的的转转换换速速度度较较快快，转转换换精精度度(jn d)高高，故故应用较多。下面仅介绍逐次逼近型模数转换器。应用较多。下面仅介绍逐次逼近型模数转换器。逐逐次次逼逼近近型型AD转转换换器器的的工工作作原原理理如如同同天天平平称称重重物物，采采用用(ciyng)逐逐次次逼逼近近的的方方法法使使重重物物和和砝砝码码相相等等。逐逐次次逼逼近近型型模模数数转转换换器器，一一般般由
18、由顺顺序序脉脉冲冲发发生生器器、逐逐次次逼逼近近寄寄存存器器、数数模模转转换换器器和和电电压压比比较较器器等等几几部部分分组组成成，其其原原理理图图如如下图。下图。第13页/共34页第十四页，共34页。ADC数码数码(shm)产生产生控制电路控制电路电压电压(diny)比较器比较器结果结果(ji gu)输出输出带转换电压带转换电压第14页/共34页第十五页，共34页。UA3位位DACd0DFB3QCDFB2QCDFB1QCDFB0QC+UIF G3CPd1d2 G6 G8d2d1d0E G7C1G4G5 G2 G11逐次逼近型模数转换器原理图逐次逼近型模数转换器原理图QQFA2SRCQQFA1
19、SRCQQFA0SRC 第15页/共34页第十六页，共34页。逐次逼近型模数转换器电路由下列几部分逐次逼近型模数转换器电路由下列几部分(b fen)组成：组成：它它是是由由四四个个触触发发器器FB3FB2FB1FB0构构成成(guchng)的环形计数器，初态为的环形计数器，初态为QB3QB2QB1QB01000数数模模转转换换器器DAC的的输输入入是是逐逐次次(zh c)逼逼近近寄寄存存器器的的输输出出，输出电压输出电压UA送到电压比较器的同相输入端。送到电压比较器的同相输入端。（1）逐次逼近寄存器 它由三个RS触发器FA2FA1FA0组成，输出是三位二进制数d2d1d0（2）顺序脉冲发生器（
20、3）数模转换器（4）电压比较电路）电压比较电路 运运算算放放大大器器C构构成成电电压压比比较较器器，由由它它来来比比较较输输入入电电压压UI（加加在在反反相相输输入入端端）与与UA的的大大小小，若若UA UI则则输输出出端端F为为“1”；若若UAUI，则则输输出出端端F为为“0”。输输出出端端F接接至至控制逻辑与门控制逻辑与门G3G2G1的输入端。的输入端。第16页/共34页第十七页，共34页。（5）控制(kngzh)逻辑门 它由它由G1G8组成，其中组成，其中G1G5用来控制逐次逼近寄用来控制逐次逼近寄存器的输出，存器的输出，G6G8用来控制用来控制d2d1d0的输出。当读出控的输出。当读出
21、控制端制端E1时，输出时，输出d2d1d0二进制数。二进制数。设设DA转转换换器器的的参参考考电电压压UREF 10V，输输入入模模拟拟电电压压UI6.8V。电电路路的的转转换换过过程程为为：转转换换开开始始前前，FB3FB2FB1FB0的的输输出出QB3QB2QB1QB01000。在在第第一一个个时时钟钟脉脉冲冲CP的的上上升升沿沿到到来来后后，使使逐逐次次逼逼近近寄寄存存器器的的输出输出d2d1d0100，经，经DAC转换输出的模拟电压为：转换输出的模拟电压为：UA （d222d121d020）45V此时此时UI UA，则比较器，则比较器C输出输出F为为“0”。同时在第一。同时在第一个时钟
22、脉冲个时钟脉冲CP的上升沿到来后，顺序脉冲发生器右的上升沿到来后，顺序脉冲发生器右移一位，使移一位，使QB3QB2QB1QB00100。第二个。第二个CP到来后，到来后，FA1被置被置1，由于原来的，由于原来的F=0，则，则FA2的的1状态被保留状态被保留第17页/共34页第十八页，共34页。UA3位位DACd0DFB3QCDFB2QCDFB1QCDFB0QC+UIF G3CPd1d2 G6 G8d2d1d0E G7C1G4G5 G2 G11逐次逼近型模数转换器原理图逐次逼近型模数转换器原理图QQFA2SRCQQFA1SRCQQFA0SRC 第18页/共34页第十九页，共34页。（否则（否则F
23、A2变为变为0）使）使d2d1d0110，经，经DAC转换输出模拟转换输出模拟(mn)电压电压 UA 67.5V，因为因为UA UI，则比较器，则比较器C输出输出F为为“1”，同时顺序脉，同时顺序脉冲发生器右移一位，即冲发生器右移一位，即QB3QB2QB1QB00010。当。当第三个第三个CP脉冲到来脉冲到来(doli)时，使时，使FA0置置1，由于原来，由于原来的的F=1，则，则FA1被置被置0，使，使d2d1d0101，此时，此时 UA （41）6.25V，UA UI，则比较器，则比较器C输出为输出为0，同时顺序脉冲发生器右，同时顺序脉冲发生器右移移(yu y)一位，这时一位，这时Q3Q2
24、Q1Q00001。当第四个。当第四个CP脉冲到来，脉冲到来，FA0的的1状态被保留，使状态被保留，使d2d1d0101保持不保持不变，即为转换结果。变，即为转换结果。第19页/共34页第二十页，共34页。若若使使E1，三三个个读读出出与与门门打打开开，将将d2d1d0送送到到输输出出端端。在在第第四四个个CP脉脉冲冲到到来来时时，使使Q3Q2Q1Q01000返返回回到到原始状态。完成原始状态。完成(wn chng)了一次转换。了一次转换。在在这这个个例例子子(l zi)中中转转换换误误差差为为6.86.250.55V。转转换换器器的的位数越多误差越小。位数越多误差越小。第20页/共34页第二十
25、一页，共34页。其它其它(qt)类型的类型的ADC 模数转换模数转换(zhunhun)器：模数转换器：模数转换(zhunhun)过后的数字量再做一次窄带低过后的数字量再做一次窄带低通滤波处理。当模拟量进入转换通滤波处理。当模拟量进入转换(zhunhun)器后，先在调制器中做求积处器后，先在调制器中做求积处理，并将模拟量转为数字量，在这个过程理，并将模拟量转为数字量，在这个过程中会产生一定的量化噪声，这种噪声将影中会产生一定的量化噪声，这种噪声将影响到输出结果，因此，采用将转换响到输出结果，因此，采用将转换(zhunhun)过的数字量以较低的频率一位过的数字量以较低的频率一位一位地传送到输出端，
26、同时在这之间加一一位地传送到输出端，同时在这之间加一级低通滤波器的方法，就可将量化噪声过级低通滤波器的方法，就可将量化噪声过滤掉，从而得到一组精确的数字量滤掉，从而得到一组精确的数字量第21页/共34页第二十二页，共34页。11.2.2 AD11.2.2 AD转换器的主要参数转换器的主要参数 分分辨辨率率通通常常以以输输出出的的二二进进制制位位数数来来表表示示，位位数数越越多多误误差差(wch)越越小小，转转换换精精度度越越高高，它它说说明明AD转转换换器器对对输输入入信信号号的的分辨能力。分辨能力。2.2.转换转换(zhunhun)(zhunhun)速度速度1.1.分辨率分辨率用用完完成成一
27、一次次模模数数转转换换所所需需的的时时间间来来表表示示，转转换换时时间间是是从从接接到到转转换换控控制制信信号号起起，到到输输出出端端得得到到稳稳定定的的数数字字量量输输出出为为止止所所需需时时间间。转转换换时时间间越越短短，转转换换速速度度越越高高，通常通常(tngchng)在几十微秒左右。在几十微秒左右。第22页/共34页第二十三页，共34页。相相对对精精度度是是指指实实际际的的各各个个转转换换点点偏偏离离理理想想特特性性的的误误差差，一一般般(ybn)用用最最低低有有效效位位LSB表表示示。如如相相对对精精度度 1LSB，表明相对精度不大于最低有效位，表明相对精度不大于最低有效位1。3.
28、3.相对相对(xingdu)(xingdu)精度精度11.2.3 11.2.3 集成集成(j chn)(j chn)模数模数转换器转换器 ADC0804是是逐逐次次逼逼近近型型8位位模模数数转转换换器器，完完成成一一次次转转换换时时间间为为100 s，转转换换精精度度为为1LSB，输输入入电电压压为为0 5V。该该芯芯片片内内有有输输出出数数据据锁锁存存器器，使使输输出出数数据据可可以以直直接接连连接接在在CPU数数据据总总线线上上。该该芯芯片片是是20脚脚双双列列直直插插式式封封装装，其其脚脚管管排排列列如如右图。右图。1234567891020191817161514131211ADC08
29、04CSAGNDDB1DB3DB2DB0DB4DB5DB6DB7UREF/2DGNDUCCWRUIN(+)UIN()RDCLKRCLKADC0804管脚排列图管脚排列图INTR 第23页/共34页第二十四页，共34页。各管脚引线功能各管脚引线功能(gngnng)(gngnng)如下：如下：DB0DB0 DB7DB7：8 8位二进制数字输出端，可直接接在系统的数据总线上。位二进制数字输出端，可直接接在系统的数据总线上。UIN(UIN()和和UIN(UIN()：模拟信号输入端，如果输入电压的变化范围：模拟信号输入端，如果输入电压的变化范围(fnwi)(fnwi)从从0V0V 5V5V，则输入电压加
30、在，则输入电压加在UIN(+)UIN(+)端，而端，而UIN(UIN()端接地。端接地。UREFUREF2 2：参考电压端，是芯片内所需的基准电压。输入电压的范围：参考电压端，是芯片内所需的基准电压。输入电压的范围(fnwi)(fnwi)可以通过调整可以通过调整UREFUREF2 2管脚处的电压加以改变，管脚处的电压加以改变，UREFUREF2 2端电压值应是输入电压范围端电压值应是输入电压范围(fnwi)(fnwi)的二分之一。的二分之一。如输入电压范围如输入电压范围(fnwi)(fnwi)是是0.5V0.5V 4.5V4.5V，则在则在UREFUREF2 2端应加端应加2V2V的电压，当输
31、入电压是的电压，当输入电压是0 0 5V5V时，将时，将UREFUREF2 2端悬空，基准电压可由端悬空，基准电压可由VCCVCC经内部分压得到。经内部分压得到。第24页/共34页第二十五页，共34页。UCCUCC：电源电压端，该芯片由：电源电压端，该芯片由5V5V电源提供。电源提供。DGNDDGND、AGNDAGND：分别为数字：分别为数字(shz)(shz)地与模拟地端。地与模拟地端。CLKCLK、CLKRCLKR：时钟脉冲端，时钟脉冲的频率决定了芯片逐位比较的节拍。由于芯片内部有时钟发生器，只需在：时钟脉冲端，时钟脉冲的频率决定了芯片逐位比较的节拍。由于芯片内部有时钟发生器，只需在CLK
32、RCLKR和和CLKCLK端外接电阻电容，如右图所示，即可产生所需频为端外接电阻电容，如右图所示，即可产生所需频为f 的内部(nib)时钟脉冲。RC1234567891020191817161514131211ADC0804CSAGNDDB1DB3DB2DB0DB4DB5DB6DB7UREF/2DGNDUCCWRUIN(+)UIN()RDCLKRCLKADC0804时钟接线图时钟接线图INTR 第25页/共34页第二十六页，共34页。若采用外部时钟，则可直接加在若采用外部时钟，则可直接加在CLK端，不必端，不必(bb)接接R、C元件。元件。：片选信号，低电平有效。片选信号，低电平有效。：写写入
33、入信信号号端端，低低电电平平有有效效。当当 0时时读读入入模模拟量，当拟量，当 上升沿到来时启动转换。上升沿到来时启动转换。：转转换换结结束束信信号号端端，低低电电平平有有效效，当当转转换换结结束束时时产产生生结结束束信信号号 输输出出，通通知知外外部部设设备备读读取取结结果。果。：读出信号端，低电平有效。当：读出信号端，低电平有效。当 0，0时，时，读取转换器的数据，同时读取转换器的数据，同时 自动变高电平。自动变高电平。第26页/共34页第二十七页，共34页。数数 据据 输输出出高阻态高阻态接通接通转换时间转换时间RDINTR(输出输出)ADC0804的工作时序的工作时序CSWRADC08
34、04的工作的工作(gngzu)时序图如下时序图如下 第27页/共34页第二十八页，共34页。LED+5V+5VRPUCCURFE/2UIN(+)UIN(-)GND单单 次次 脉脉冲冲CLK连续脉冲连续脉冲DB0DB7CSADC0804AD转换器特性测试电路接线图转换器特性测试电路接线图RDWR输输出出端端DB0 DB7分分别别接接发发光光二二极极管管LED，CLK端端直直接接接接连连续续脉脉冲冲，其其频频率率大大于于1KHZ。调调节节电电位位器器 RP可可获获得得05V的的输输入入电电压压，转转换换(zhunhun)的的数数字字量量可可由由发发光光二二极极管管观观测测到。到。第28页/共34页
35、第二十九页，共34页。11.3 11.3 模拟模拟(mn)(mn)开关及采样保持电路开关及采样保持电路在在数数据据采采集集系系统统中中通通常常要要对对多多路路模模拟拟量量进进行行(jnxng)采采集集，而而且且将将模模拟拟量量转转换换为为数数字字量量要要经经过过采采样样，保保持持，转转换换三三个个步步骤骤。对对多多路路模模拟拟量量进进行行(jnxng)采采集集可可以以用用模模拟拟开开关关实实现现；采采样样、保保持持由由采采样样保保持持电电路路完完成成；转转换换由由AD转转换换器器完完成成。下下面面介介绍绍一一下下模模拟拟开开关关和和采采样样保持电路。保持电路。11.3.1.11.3.1.模拟模
36、拟(mn)(mn)开关开关 模拟开关通常由控制电路和模拟开关通常由控制电路和开关电路两部分组成，一般采用开关电路两部分组成，一般采用MOS场效应晶体管或双极型晶场效应晶体管或双极型晶体管。由体管。由N沟道增强型沟道增强型MOS管管T1和和P沟道增强型沟道增强型MOS管管T2构成的构成的传输门如右图传输门如右图CPT1UoT2CPUiUDD传输门电路传输门电路 第29页/共34页第三十页，共34页。输入电压输入电压Ui为为0 10V。当。当CP为为10V（CP1）时，）时，则则 为为0V（0）。设）。设MOS管的栅极开启电压范管的栅极开启电压范围为：围为：2.1V3V。Ui为为0 7V时，时，T
37、1导通；导通；Ui为为3 10V时，时，T2导通。导通。所以当所以当CP1、Ui在在0 10V范围内变化时，范围内变化时，T1与与T2至少至少(zhsho)有一个导通，能使信号从输入端有一个导通，能使信号从输入端传送到输出端，即传送到输出端，即UoUi，相当于开关接通。，相当于开关接通。相反，当控制信号相反，当控制信号CP0时，时，T1、T2均截止，均截止，T1、T2都是高阻状态，这时相当于开关断开，输入都是高阻状态，这时相当于开关断开，输入(shr)信信号不能传送到输出端。号不能传送到输出端。UoUiCPTGCP传输门符号传输门符号 由于由于MOS管的对称性，传输管的对称性，传输门具有双向传
38、输的特性门具有双向传输的特性(txng)，即即Ui与与Uo可以互换。可以互换。第30页/共34页第三十一页，共34页。用传输门加一个反相器用传输门加一个反相器即构成模拟即构成模拟(mn)开关，如开关，如右图所示，当右图所示，当D1时，模拟时，模拟(mn)开关接通，使开关接通，使UoUi；当；当D0时模拟时模拟(mn)开关开关断开。断开。UiTG1UoD模拟开关模拟开关 数据采集系统中，多采用集成电路构成多路模拟数据采集系统中，多采用集成电路构成多路模拟(mn)开关，如四选一，八选一，十六选一等类型的模拟开关，如四选一，八选一，十六选一等类型的模拟(mn)开关。开关。11.3.2 11.3.2
39、采样采样保持保持(boch)(boch)电路电路 在进行模数转换时，不可能将连续变化的模拟信号在进行模数转换时，不可能将连续变化的模拟信号的每一数值都转换成数字量，而只能按一定时间间隔来的每一数值都转换成数字量，而只能按一定时间间隔来采集数据，并将采集的数值保持一定时间，在这段时间采集数据，并将采集的数值保持一定时间，在这段时间内将模拟量转换成数字量输出。内将模拟量转换成数字量输出。第31页/共34页第三十二页，共34页。采采样样(ci yn)保保持持电电路路的的基基本本结结构构如如下下图图。S为为模模拟拟开开关关，Ui为为输输入入信信号号，uC为为控控制制模模拟拟开开关关通通断断的的采采样样
40、(ci yn)脉冲。脉冲。在采样期间，uC为高电平，开关S闭合，输入Ui通过运算放大器A1对保持电容CH迅速充电。当uC为低电平时，开关S断开，进入保持状态(zhungti)。电容CH上保持开关断开瞬间的输入电压值，直至下一次采样开始为止。采样 保持电路的波形如图所示。+UoCH _+UiuC+SA1A2+采样采样保持电路保持电路 第32页/共34页第三十三页，共34页。Ui、UotUiUo采采样样(ci yn)保保持持(boch)采采样样保保持持电电路路(dinl)的的波形波形为为了了使使采采样样后后的的信信号号能能正正确确无无误误地地还还原原出出它它所所表表示示的的模模拟拟信信号号而而不不产产生生失失真真，应应满满足足采采样样定定理理，即即采采样样频频率率fS必必须须高高于于输输入入模模拟拟信信号号频频谱谱中中的的最最高高次次谐谐波波成成分分频频率率fimax的二倍，用公式表示为的二倍，用公式表示为 fS2 fima 第33页/共34页第三十四页，共34页。