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1、Analog Digital 引入引入“翻译翻译”第1页/共66页电子设计竞赛赛题电子设计竞赛赛题Analog Digital 引入引入“翻译翻译”第2页/共66页 9.1 总论总论 9.2 D/A转换器转换器 9.3 A/D转换器转换器 9.4 D/A和和A/D转换器综合应用转换器综合应用CH9CH9 D/A转换器转换器 和和A/D转换器转换器New！第3页/共66页9.1.0 学习要求与学习重点学习要求与学习重点New！9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理9.1.1 D/A转换基本原理转换基本原理9.1 本章总论 第4页/共66页 本章学习要求本章学习要求 掌握掌握D/A、A/D转换
2、的基本原理转换的基本原理 掌握各种掌握各种D/A、A/D转换器的工作原理；转换器的工作原理；掌握几种集成掌握几种集成D/A、A/D转换器的应用；转换器的应用；能够估计能够估计D/A、A/D转换器的误差。转换器的误差。9.1.0 学习要求与学习重点学习要求与学习重点第5页/共66页9.1.0 学习要求与学习重点学习要求与学习重点 本章学习重点本章学习重点 D/A、A/D转换原理转换原理 D/A、A/D转换器的设计思路和工作原理转换器的设计思路和工作原理 集成集成D/A、A/D转换器的应用转换器的应用 第6页/共66页 D/A转换原理转换原理9.1.1 D/A转换基本原理转换基本原理基础知识基础知
3、识 D/A转换参数转换参数第7页/共66页 D/A转换原理转换原理基础知识基础知识9.1.1 D/A转换基本原理转换基本原理若要若要DA，须有一个模拟参考量，须有一个模拟参考量R，使得，使得 A=DR设设 maxA=R则则 0D1D是一个不大于是一个不大于1的的n进制数。进制数。本课程中，本课程中，D是二进制数：是二进制数：D=a121+a222+an2n,ai(0,1)第8页/共66页基础知识基础知识9.1.1 D/A转换基本原理转换基本原理 D/A转换原理转换原理可用一个参考电压可用一个参考电压VREF作模拟参考量。作模拟参考量。第9页/共66页基础知识基础知识9.1.1 D/A转换基本原
4、理转换基本原理 D/A转换原理转换原理第10页/共66页基础知识基础知识9.1.1 D/A转换基本原理转换基本原理 D/A转换原理转换原理 A=DR D=a121+a222+an2n A=DR=(a12 n1+a22 n2+an2 0)A=DR=(D n12 n1+D n22 n2+D 02 0)量化单位量化单位D的一个最低有效位的一个最低有效位（LSB）第11页/共66页 D/A转换参数转换参数基础知识基础知识9.1.1 D/A转换基本原理转换基本原理 分辨力分辨力D/A转换器分辨模拟量最小值的能力，也就转换器分辨模拟量最小值的能力，也就是最低位是最低位LSB所代表的模拟量。所代表的模拟量。
5、分辨率分辨率D/A转换器的位数。转换器的位数。D/A转换器分辨最小模拟转换器分辨最小模拟量的能力也就越强。量的能力也就越强。分辨力与分辨率是统一的，有的材料对二者不加区分。分辨力与分辨率是统一的，有的材料对二者不加区分。第12页/共66页 D/A转换参数转换参数应用基础应用基础9.1.1 D/A转换基本原理转换基本原理 满量程满量程D/A转换器可输出模拟量的最大值。转换器可输出模拟量的最大值。(2 n1)VREF通常用通常用2 nVREF指代满量程指代满量程标称满量程。标称满量程。第13页/共66页 D/A转换参数转换参数应用基础应用基础9.1.1 D/A转换基本原理转换基本原理 精度精度 一
6、般以满量程相对误差来说明一般以满量程相对误差来说明D/A转换器的精度转换器的精度：Umax最大绝对误差最大绝对误差 第14页/共66页 A/D转换原理转换原理9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理基础知识基础知识 A/D转换参数转换参数第15页/共66页 A/D转换原理转换原理基础知识基础知识9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理A/D转换转换将模拟信号变换为数字信号将模拟信号变换为数字信号若参考量为若参考量为R，则则 DA/R?第16页/共66页 A/D转换原理转换原理基础知识基础知识9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理量化单位量化单位 第17页/共66页 A/D转换原理转换原
7、理基础知识基础知识9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理第18页/共66页 A/D转换原理转换原理基础知识基础知识9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理 量化误差量化误差因因mmin 不能是无不能是无穷小而带来的误差。量化误差是不穷小而带来的误差。量化误差是不可消除的。可消除的。第19页/共66页 A/D转换原理转换原理？问题问题？9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理 采用了采用了A/D转换器，会不会转换器，会不会使整个系统处理数据的精度降低使整个系统处理数据的精度降低？第20页/共66页 A/D转换参数转换参数基础知识基础知识9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理分辨力与分
8、辨率分辨力与分辨率 第21页/共66页 A/D转换参数转换参数基础知识基础知识9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理量化误差量化误差 第22页/共66页 A/D转换参数转换参数基础知识基础知识9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理精度精度 nLSB 满量程相对误差满量程相对误差 nLSB量化带来的误差量化带来的误差 A/D转换器的精度不仅仅取决于量化误差，而是由多转换器的精度不仅仅取决于量化误差，而是由多种因素决定的。如某种因素决定的。如某A/D转换器的精度为转换器的精度为0.5%1LSB。1LSB称为一个字误差，通常即为量化误差误差。称为一个字误差，通常即为量化误差误差。第23页/共
9、66页 A/D转换参数转换参数基础知识基础知识9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理线性线性 第24页/共66页 A/D转换参数转换参数基础知识基础知识9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理转换时间转换时间完成一次转换所用的时间完成一次转换所用的时间 第25页/共66页 A/D转换参数转换参数基础知识基础知识9.1.2 A/D转换基本原理转换基本原理转换速率转换速率每秒转换的次数每秒转换的次数 第26页/共66页9.2.1 权电阻型权电阻型D/A转换器转换器 New！9.2.3 集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用 9.2.2 R-2R网络型网络型D/A转换器转换器 9.2 D/
10、A转换器第27页/共66页9.2.1 权电阻型权电阻型D/A转换器转换器 基础知识基础知识第28页/共66页9.2.1 权电阻型权电阻型D/A转换器转换器 基础知识基础知识 uo=I Rf第29页/共66页基础知识基础知识9.2.2 R-2R网络型网络型D/A转换器转换器 第30页/共66页应用基础应用基础9.2.3 集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用 7520典型典型10bit DAC采用采用CMOS电子开关电子开关与与TTL电平兼容电平兼容电源电压范围：电源电压范围：515V 采用采用R-2R电阻网络电阻网络 第31页/共66页9.2.3 集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用
11、 工程应用工程应用第32页/共66页应用基础应用基础9.2.3 集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用 0832与与P兼容的兼容的8bitDAC 采用采用CMOS和薄膜和薄膜Si-Cr电阻相容工艺，温漂低电阻相容工艺，温漂低具有二级数字输入缓冲锁存器，可与数据具有二级数字输入缓冲锁存器，可与数据P数据数据 总线直接相连，无需另接锁存器总线直接相连，无需另接锁存器属乘法属乘法D/A转换器转换器可工作于四个象限可工作于四个象限与与TTL电平兼容电平兼容 数字地与模拟地可分开，使用灵活数字地与模拟地可分开，使用灵活 第33页/共66页应用基础应用基础9.2.3 集成集成D/A转换器及其应用转换器
12、及其应用 MAX5013新产品12bit高速DAC 工作速率达工作速率达100MHZ建立时间仅建立时间仅13ns内含主内含主-从式锁存器从式锁存器电源电压电源电压+5VV 与与TTL和和ECL电导兼容电导兼容 第34页/共66页工程应用工程应用9.2.3 集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用 第35页/共66页扩充知识扩充知识9.2.3 集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用 No_360S D-A转换器转换器八路八路13位数模转换器位数模转换器MAX547图象处理图象处理DAC第36页/共66页9.3.1 9.3.1 并行比较型并行比较型并行比较型并行比较型A/DA/D转换器转换器
13、转换器转换器 New！9.3.4 9.3.4 逐次比较型逐次比较型逐次比较型逐次比较型A/DA/D转换器转换器转换器转换器 9.3.3 9.3.3 并并并并-串比较型串比较型串比较型串比较型A/DA/D转换器转换器转换器转换器 9.3 A/D转换器9.3.2 9.3.2 串行比较型串行比较型串行比较型串行比较型A/DA/D转换器转换器转换器转换器 9.3.6 A/D9.3.6 A/D转换器产品举例转换器产品举例转换器产品举例转换器产品举例9.3.5 9.3.5 双积分型双积分型双积分型双积分型A/DA/D转换器转换器转换器转换器 第37页/共66页9.3.1 并行比较型并行比较型A/D转换器转
14、换器 Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC基本原理基本原理第38页/共66页串行比较型串行比较型A/D转换器转换器Content:Ch9ADC and DAC9.3 ADC基本原理基本原理9.3.1 串行比较型串行比较型A/D转换器转换器 第39页/共66页DOUT 并并-串比较型串比较型A/D转换器转换器Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC基本原理基本原理9.3.1 并并-串比较型串比较型A/D转换器转换器 第40页/共66页 逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC9.3.4 逐次比较
15、型逐次比较型ADC基本原理基本原理第41页/共66页Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC9.3.5 双积分型双积分型ADC基本原理基本原理第42页/共66页Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC9.3.5 双积分型双积分型ADC基本原理基本原理数双积分型双积分型A/D转换器转换器第43页/共66页Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC9.3.5 双积分型双积分型ADC基本原理基本原理时段时段：固定时间积分：固定时间积分,到时结束到时结束时段时段：固定斜率积分，：固定斜率积分，过零结束过零结束第44页/共66页Content:C
16、h9 ADC and DAC9.3 ADC9.3.5 双积分型双积分型ADC基本原理基本原理数双积分型双积分型A/D转换器转换器优点：精度较高，对元件要求低优点：精度较高，对元件要求低缺点：速度低缺点：速度低第45页/共66页9.3.6 A/D转换器产品举例转换器产品举例Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC工程应用基础工程应用基础ADC0809特点：特点：属属CMOS电路电路8路模拟输入，路模拟输入，8 bit 输出输出(3S门门)与常用与常用P兼容兼容采用逐次比较法，转换时间约采用逐次比较法，转换时间约100s 第46页/共66页9.3.6 A/D转换器产品举例转换器
17、产品举例Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC工程应用基础工程应用基础ADC0809第47页/共66页9.3.6 A/D转换器产品举例转换器产品举例Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC工程应用基础工程应用基础ICL7106/7107 特点：特点：直接输出直接输出7段译码信号段译码信号7106驱动驱动LCD；7107驱动驱动LED十进制十进制3位半位半A/D转换器转换器双积分型电路，内含基准源双积分型电路，内含基准源 第48页/共66页9.3.6 A/D转换器产品举例转换器产品举例Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC工程应用工
18、程应用ICL7107ICL7107构成直流电压表构成直流电压表第49页/共66页9.3.6 A/D转换器产品举例转换器产品举例Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC工程应用基础工程应用基础MAX1011 特点：特点：6bit高速高速A/D转换器，速率可达转换器，速率可达90M带偏移矫正的带偏移矫正的55MHZ带宽差动放大器带宽差动放大器功耗仅功耗仅190mWbit 第50页/共66页9.3.6 A/D转换器产品举例转换器产品举例Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC工程应用工程应用第51页/共66页9.3.6 A/D转换器产品举例转换器产品举例Con
19、tent:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC工程应用工程应用A/D转换器最新产品举例转换器最新产品举例TI推推出出业业界界首首个个集集成成12位位a-d转转换换器器和和超低功耗闪存的微控制器系列超低功耗闪存的微控制器系列-ADC第52页/共66页9.4.1 应用领域应用领域New！9.4.3 综合应用举例综合应用举例9.4.2 产品选用原则产品选用原则9.4 D/A和A/D转换器综合应用第53页/共66页9.4.1 ADC 与与 DAC 应用领域应用领域Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use工程应用工程应用简单数字应用系统简单数字应用系统数字计算机
20、应用系统数字计算机应用系统通讯通讯音频音频/视频系统视频系统测量仪器测量仪器第54页/共66页9.4.2 ADC 与与 DAC产品选用原则产品选用原则Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use工程应用工程应用选择电路类型选择选择电路类型选择转换速率选择转换速率选择分辨率与精度选择分辨率与精度选择功能选择功能选择 性能价格比性能价格比 ADC 选用一例选用一例第55页/共66页9.4.2 ADC 与与 DAC产品选用原则产品选用原则Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use工程应用工程应用ADC 工程选用一例工程选用一例放大放大第5
21、6页/共66页简化简化第57页/共66页简化简化第58页/共66页位置传感信息位置传感信息 电动机控制信号电动机控制信号 规范化规范化第59页/共66页9.4.2 ADC 与与 DAC产品选用原则产品选用原则Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use工程应用工程应用ADC 工程选用一例工程选用一例计算机计算机控制系统控制系统机械机械运动机构运动机构位置传感信息位置传感信息 电动机控制信号电动机控制信号 传感器输出电压为传感器输出电压为05V，mV运动控制范围为运动控制范围为0200mm，mm ADCADC在何处在何处？第60页/共66页9.4.3 ADC 与与
22、DAC 综合应用举例综合应用举例Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use工程应用工程应用历届全国大学生电子设计竞赛题目历届全国大学生电子设计竞赛题目问题征集问题征集第61页/共66页9.4.3 ADC 与与 DAC 综合应用举例综合应用举例Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use工程应用工程应用问题征集问题征集 通过观察，较系统地提出通过观察，较系统地提出一个一个ADC 与与/或或 DAC 应用的问应用的问题。题。第62页/共66页本章小结 1.A/D转转换换器器和和D/A转转换换器器是是数数字字系系统统和和各各种种工工程程技
23、技术术相相联联系系的的桥桥梁梁，在在二二者者之之间间起起着着“翻翻译译”的的作作用。用。2.实实现现D/A转转换换和和A/D转转换换，都都需需要要一一个个模模拟拟参参考量考量R，使得，使得 A=DR 和和 D 第63页/共66页 3.常常用用的的D/A转转换换器器主主要要有有权权电电阻阻型型和和R-2R网网络络型型两两种种电电路路。由由于于R-2R网网络络型型的的电电阻阻种种类类少少，易易于于集成和提高精度，因此多为集成集成和提高精度，因此多为集成D/A转换器所采用。转换器所采用。4.常常用用的的A/D转转换换器器主主要要有有双双积积分分型型、逐逐次次比比较较型型和和并并行行比比较较型型三三种
24、种。三三种种电电路路在在精精度度、转转换换速速率率及及其其他他参参数数等等方方面面各各具具特特色色，因因而而应应用用都都比比较较广广泛。泛。本章小结本章小结第64页/共66页 5.作作为为产产品品的的实实例例，本本章章介介绍绍了了几几种种中中、大大规规模模集集 成成 电电 路路：7520、0832、MAX5013；0809、7106/7107、MAX1011。它它们们中中既既有有应应用用广广泛泛的的传传统电路，也有刚刚推向市场的新产品。统电路，也有刚刚推向市场的新产品。6.由由于于D/A转转换换器器和和A/D转转换换器器在在电电子子系系统统、特特别别是是数数字字系系统统中中的的应应用用越越来来越越广广泛泛，加加之之技技术术与与工工艺艺的的进进步步，其其新新产产品品也也不不断断涌涌现现。因因此此，要要根根据据实实际际需需要要来来选选择择各各项项指指标标以以及及价价格格、厂厂商商等等，切切不不可可片面地追求某一项指标。片面地追求某一项指标。本章小结本章小结第65页/共66页感谢您的观看！第66页/共66页