大规模集成电路1

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1、第11章大规模集成电路本章介绍了模—数转换器（A/D）、数—模转换器（D/A）第11章第1课在本次课中，我们将介绍数—模转换器、模—数转换器。一、模—数与数—模转换器的引入模拟量常见的非电物理量（如压力、温度、流量）等，可以通过相应的传感器变换为随时间连续变化的电信号。称为模拟量模—数转换器如果要将这些模拟量送到数字系统中进行处理，必须先将这些模拟量转换成数字量，实现这一功能的电路称为模—数转换器。简称ADC或A/D转换器在生产实际中，往往还需要将经过数字系统分析处理后的结果（数字量）变换为相应的模拟量，实现这一功能的电路称为数—模转换器，简称DAC或D/A转换器二、数—模转换器的基本原理

2、1、转换特性可以将数—模转换器看成是一个译码器，它是将输入的二进制数字信号D（或称为编码信号）转换（翻译）成模拟信号，并以电压或电流的形式输出（如右图）相邻两个编码信号转换出来的数值是不连续的值，它们之间的差值由最低码位所代表的位权来确定。（右图为1/8×满值）上图所示为3位二进制输入时的数—模转换特性。它表示了3位二进制代码的数字信号经过数—模转换器后的输出模拟（电压）信号的对应关系转换精度常用分辨率和转换误差来描述。转换器所能分辨出的最小电压与最大输出电压之比称为分辨率，n位D/A转换器分辨率为1/（2n-1）。分辨率为D/A转换器的理论精度，其实际转换误差还与其它实际因素有关。增加数

3、字编码信号的位数，可以使相邻两个编码信号转换输出的差值减小。输入信号位数越多，输出的模拟信号越接近连续的模拟信号，从而转换精度就越高分辨率=ULSB/UOMAX=1/（2n-1）记住我！实战：P41611-1、2、3转换原理方框图如右先将需要转换的数字信号以并行或串行的方式存贮在数字寄存器中，然后由寄存器并行输出的每一位数字信号驱动一个数字位模拟开关，又通过模拟开关将参考电压按位权关系加到电阻解码网络，完成转换2、转换原理3、理论转换公式设D/A系统转换比例系数为1（大多数情况下均为1）上式是D/A转换器的通用计算公式，式中，UREF为参考电源；记住我！【例1】已知一个4位权电阻DAC输入

4、的4位二进制数码为D3D2D1D0=1011，参考电源UREF=-8V，转换比例系数为1。求转换后的模拟信号电压UO。三、D/A转换器的芯片实例数—模转换器集成芯片种类较多，下面简要介绍十位倒T形电阻网络数—模转换器AD7520的功能AD7520内部结构图倒T形电阻网络D/A电路结构倒T形电阻网络D/A工作原理模拟开关Si由输入数码Di控制，当Di=1时，Si接运算放大器反相端，电流Ii流入求和电路；当Di=0时，Si则将电阻2R接地。根据运算放大器线性运用时虚地的概念可知，无论模拟开关Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均将连“地”（地或虚地）。这样，流经2R电阻的电流与开关位置无关，

5、为确定值。分析R-2R电阻网络可以发现，从每个节点向左看的二端网络等效电阻均为R，流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。设由基准电压源提供的总电流为I(I=VREF/R)，则流入各开关支路（从右到左）的电流分别为I/2、I/4、I/8和I/16。于是可得总电流i∑=VREF/R(D0/24+D1/23+D2/22+D3/21)=VREF/(R×24)×∑(Di·2i)故Uo=I∑*Rf=VREF/24×∑(Di·2i)i=0,1,2,3右所示为十位数—模转换器AD7520的管脚图由于AD7520内部反馈电阻RF=R，所以，左图的转换关系如上它采用CMOS型模拟开关，内部没有运

6、算放大器；UDD为CMOS开关工作电源，UREF为转换器的参考电压，IOUT1、IOUT2分别对应外接运算放大器的反相端及同相端AD7520的典型接法如图四、模—数转换器的一般过程在模—数转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的量，而输出的数字信号是离散的，所以进行转换时必须在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号采样，然后再将这些采样值转换为输出的数字量因此，一般模—数转换器的转换过程需要经过采样、保持、量化、编码四个步骤才能完成1、采样所谓采样，是指将一个连续变化的模拟量转换为时间上离散的模拟量。uI为输入模拟量，CPS为采样脉冲，uI*为采样后的输出信号。为了能保证采样输出信号uI*能

7、恢复成原信号，采样脉冲的频率fS应满足（采样定理）fS>=2fIM2、采样—保持电路每次将采样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次采样以后，必须将采样电压uI*保持（解释）一段时间。（a）图中的N沟道MOS管TN作为采样开关用；C作为保持信号用，故称为保持电容；运算放大器用作缓冲放大器。当采样脉冲CPS到来，在tw时间内TN管导通，运算放大器的输出uI*=uC=uI（解释）。当采样脉冲CPS结束时，MOS管