集成变换器及其应用-(2).ppt

第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用第第4 4章集成变换器及其应用章集成变换器及其应用4.1阻抗变换器阻抗变换器4.2U/I变换器和变换器和I/U变换器变换器4.3U/F变换器和变换器和F/U变换器变换器4.4精密精密T/I和和T/U变换器变换器4.5D/A变换器变换器4.6A/D变换器变换器1编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.1阻抗变换器阻抗变换器负阻抗变换器负阻抗变换器阻抗模拟变换器阻抗模拟变换器模拟电感器模拟电感器2编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.1.1 负阻抗变换器负阻抗变换器（1）若去掉电阻）若去掉电阻R1 R1+-ZuiAR2IiI1I2IZ（2）若接入电阻）若接入电阻R1 则：则：负电阻变换器负电阻变换器3编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用R1+-ZuiAR2IiI1I2IZ右图只适用于信号源内阻小于的情况右图只适用于信号源内阻小于的情况即：即：若：若：应将右图同相端和反相端位置互换应将右图同相端和反相端位置互换（）若（）若（）若（）若负电阻变换器负电阻变换器等效模拟电感，其中等效模拟电感，其中对于右图：对于右图：4编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.1.阻抗模拟变换器阻抗模拟变换器+-ZuiA2Ii+-A电路如下所示：电路如下所示：5编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.1.阻抗模拟变换器阻抗模拟变换器的输出：的输出：的输出：的输出：同相放大器：同相放大器为阻抗变换器为阻抗变换器则：则：+-ZuiA2Ii+-AI输入电流为：输入电流为：等效输入阻抗：等效输入阻抗：可构成不同可构成不同性质的阻抗性质的阻抗模拟电路模拟电路6编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用、模拟对地电感、模拟对地电感在中在中取：取：1、2、3、5为电阻，为电阻，4为为4和和C4并联，并联，则等效阻抗为：则等效阻抗为：其等效内阻和等效电感为：其等效内阻和等效电感为：7编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用、模拟对地电容、模拟对地电容在中在中取：取：1、2、5为电阻，为电容为电阻，为电容C，则等效阻抗为：则等效阻抗为：其等效电容为：其等效电容为：8编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用、模拟对地负阻抗、模拟对地负阻抗在中在中取：取：1、3为电容为电容C1、C3，2、Z4为电阻为电阻R2、R4，Z5为任一阻抗为任一阻抗则等效阻抗为：则等效阻抗为：为一负阻抗变换器为一负阻抗变换器9编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.1.模拟电感器模拟电感器电路如下所示：电路如下所示：CO-uiA1R2Ii-+A2RO+R1RSiC10编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.1.模拟电感器模拟电感器CO-uiA1R2Ii-A2RO+R1RSiC11编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用等效输入阻抗为：等效输入阻抗为：当远大于时：当远大于时：其中等效电感值为：其中等效电感值为：12编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.1.电容倍增器电容倍增器、由反相放大器组成的、由反相放大器组成的 电容倍增器电容倍增器CO-uiA1R2Ii+R1iCUoR313编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用、由反相放大器组成的、由反相放大器组成的 电容倍增器电容倍增器CO-uiA1R2Ii+R1iCUoR3等效输入阻抗为：等效输入阻抗为：电阻和电容的并联电阻和电容的并联14编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用、可变电容倍增器、可变电容倍增器电位器调节电容的倍增系数电位器调节电容的倍增系数1组成的时跟随器，起缓冲作用组成的时跟随器，起缓冲作用-uiA1RbIi-+A2RP+RSRaZie15编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用、可变电容倍增器、可变电容倍增器其输入阻抗：其输入阻抗：其等效电容为：其等效电容为：调整电位器可改变电容容量调整电位器可改变电容容量-uiA1RbIi-+A2RP+RSRaZie16编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.2U/I变换器和变换器和I/U变换器变换器4.2.1 接地负载的接地负载的U/I变换器变换器1、由两个运放构成的、由两个运放构成的U/I变换器变换器R+-RuiAR2IiARR+-RLI2ILuouo1uo2A1为同相加法器为同相加法器A2为跟随器为跟随器 17编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用R+-RuiAR2IiARR+-RLI2ILuouo1uo2由电路可知由电路可知 则则:同时同时:则则18编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用为了让为了让IL 和和RL无关无关,必须使必须使 既既:或或为简化分析取为简化分析取 R3=R1,R4=R2 则则:19编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用1、由一个运放构成的、由一个运放构成的U/I变换器变换器由电路可知由电路可知 则则:R3R4R5I1I2ILuLuOui而而20编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用R3R4R5I1I2ILuLuOui则则:由由 得得为了让为了让IL 和和RL无关无关,必须使必须使 21编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用则则:若取若取则则:说明说明IL与与Ui成正比成正比,实现了线性变换实现了线性变换22编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.2.2 精密精密U/I变换器变换器以以XTR110为例为例XTR110可完成电压到电流的变换可完成电压到电流的变换1、XTR110 的性能特点的性能特点23编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用2、XTR110 的内部结构的内部结构反馈端反馈端反馈电阻反馈电阻公共端公共端调零调零量程调解量程调解量程控制量程控制基准电压输入基准电压输入4、5脚脚完成信号输入完成信号输入输出端输出端基准调解基准调解12、15基基准电路反准电路反馈、耦合馈、耦合（接一起）（接一起）24编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用2.XTR110的内部结构的内部结构图图4-2-3 XTR110的内部结构图的内部结构图 25编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用图图4-2-4 XTR110的基本接法的基本接法3.XTR110的基本接法的基本接法26编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用27编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用Figure 1 shows the basic connections required for 0 to 10V input and 4 to 20mA output.Other input voltage and output current ranges require changes in connections of pins 3,4,5,9 and 10 as shown in the table of Figure 1(P113表4-2-1).The complete transfer function of the XTR110 is:.APPLICATIONS INFORMATION28编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用 The internal op amp A1 can be damaged if its non-invertinginput(an internal node)is pulled more than 0.5V below common(0V).This could occur if input pins 3,4 or 5 were driven with an op amp whose output could swing negative under abnormal conditions29编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用内部第二级负载接地的负载接地的U-I转换器转换器内部第一级运放为同相加法器同相加法器因为虚短因为虚短:所以所以:30编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用输入范输入范围围/V输出范围输出范围/mA3脚脚4脚脚5脚脚9脚脚10脚脚0100202输入输入2222104202输入输入22201042015、12输入输入22开路开路01052515、12输入输入2220502022输入输入221542022输入输入220542015、122输入输入2开路开路0552515、122输入输入22表表4-2-1 输入输入/输出与引脚关系输出与引脚关系31编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用图图4-2-5 010V输入，输入，200mA大电流输出变换电路大电流输出变换电路4.XTR110的应用的应用32编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用 For spans beyond 40mA,the internal 50W resistor(R9)maybe replaced by an external resistor connected between pins13 and 16.Its value can be calculated as follows:REXT=R9(Span OLD/SpanNEW)33编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用34编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用上图中当时时因为虚短因为虚短:即即:其中:Re=(1562.5+402)/5K 2K/5K=(10/7)K=1.43KIO 625/1430=0.437Av而Ui1=0时IO=0，故010V输入得到输入得到00.4A输出。输出。可见，通过调节精密电位器RP2、RP3增大Re,总可使IO降低到400mA，电流方向向下;35编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用为保证精度，避免源内阻的影响，输入经缓冲器A1进入XTR110的Ui1端，Ui2接地=0，接地的缓冲调零器A2使UR=0，这样当Ui1=0时IO=0。因A3的U-=U+=0，故IR3=(VF-0)/20K=10V/20K=0.5mA，则UR4=0.5mA*2K=1V。据虚短，UR2=UR4=1V，IR2=1V/5=0.2A，于是，于是A4、R2构成构成0.2A的恒流源，电流方向向的恒流源，电流方向向下，可将由下，可将由XTR110组成的组成的0400mA电流源下拉电流源下拉200mA。Iout=IO-IR2=0-0.2A=-200mA；当Ui110V时Iout=IO-IR2=0.4A-0.2A=200mA为保证精度，R1、R2应选0.5W低温度系数金属膜电阻，VT1VT3可选功率较大的MOS管。36编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用转移电导特性曲线37编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用由图可知由图可知可见输出电压与输入可见输出电压与输入电流成比例。电流成比例。输出端的负载电流：输出端的负载电流：电流-电压变换电路电流电流电压变换电路：电压变换电路：38编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.2.3 精密精密I/U变换器变换器以以RCV420为例为例RCV420可完成电流到电压的变换可完成电流到电压的变换1、RCV420的性能特点的性能特点（1）4-20mA的电流输入，的电流输入，0-5V的电压输出的电压输出（2）具有精密）具有精密10V电压基准电压基准（3）具有）具有40V共模电压输入范围共模电压输入范围（4）总的变换误差小于总的变换误差小于0.1%（5）具有）具有86dB的噪声干扰能力的噪声干扰能力39编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用2、RCV420 的内部结构的内部结构包括精密集成运放包括精密集成运放/电阻网络电阻网络/10V基准基准1、3脚完成信号输入脚完成信号输入公共抽头公共抽头13脚脚:器件公共端器件公共端5脚脚:基准参考端基准参考端基准调整端基准调整端噪声抑制端噪声抑制端 基准电路反馈基准电路反馈基准电压输出基准电压输出变换电压输出变换电压输出变换电路反馈变换电路反馈基准电压输入基准电压输入40编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用3、RCV420 的基本接法的基本接法41编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用输入端电压：输入端电压：Ui15、12脚节点处电压：脚节点处电压：Uc同时利用虚短性质同时利用虚短性质则：则：42编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4、RCV420的应用的应用利用利用XTR101 及及RCV420 可构成远距离测温系统可构成远距离测温系统首先利用首先利用XTR101 将温度变化变换成将温度变化变换成4-20mA的电流输出；的电流输出；为了能和单片机、智能仪表连接，为了能和单片机、智能仪表连接，再用再用RCV420将电流信号变换为电压信号将电流信号变换为电压信号电路如图电路如图4-2-9所示所示4-20mA的电流输入，的电流输入，0-5V的电压输出的电压输出43编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.3 U/F变换器和变换器和F/U变换器变换器U/F：输出信号频率正比于输入信号电压的电路；：输出信号频率正比于输入信号电压的电路；F/U：输出信号电压正比于输入信号频率的电路；：输出信号电压正比于输入信号频率的电路；电压模拟量经电压模拟量经U/F变换成频率信号后，其干扰能力大为增强，变换成频率信号后，其干扰能力大为增强，非常适合远距离传输、遥控系统、干扰较大等方面非常适合远距离传输、遥控系统、干扰较大等方面可分为单片式和模块式；可分为单片式和模块式；单片式可逆，即可作单片式可逆，即可作U/F变换也可作变换也可作F/U变换；变换；模块式不可逆模块式不可逆44编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用 下图为电荷平衡式电压下图为电荷平衡式电压-频率变换电路，图中电频率变换电路，图中电阻阻RIN、电容、电容C1、运算放大器、运算放大器A1组成积分电路，运组成积分电路，运放放A2为比较器，功率三极管为比较器，功率三极管T工作于导通、截止状工作于导通、截止状态，起电子模拟开关作用。态，起电子模拟开关作用。电荷平衡式变换电路电荷平衡式变换电路电荷平衡式电压电荷平衡式电压-频率变换电路及波形图频率变换电路及波形图45编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用当当U in不变时，图中模拟开关不变时，图中模拟开关K断开，输入电压对电容断开，输入电压对电容C1恒流恒流IIN充电，积分器输出电压充电，积分器输出电压U1线性下降。线性下降。46编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用 当当Uin不变时，图中模拟开关不变时，图中模拟开关K断开，输入电压对电容断开，输入电压对电容C1恒流恒流IIN充充电，积分器输出电压电，积分器输出电压U1线性下降。当线性下降。当U1下降到下限电平下降到下限电平Um时，比较器时，比较器A2发生跳变，触发单稳态定时器，使其产生一个脉宽为发生跳变，触发单稳态定时器，使其产生一个脉宽为t1的脉冲，此脉的脉冲，此脉冲使开关冲使开关K导通，积分电容导通，积分电容C1恒流恒流IR-IIN放电，输出电压放电，输出电压U1线性上升，线性上升，当当t1脉冲结束时，开关脉冲结束时，开关K重新断开，放电停止，输入电压重新对重新断开，放电停止，输入电压重新对C1充电充电 t1期间放电量期间放电量 此后，输入电压此后，输入电压UIN又开始对电容又开始对电容C1充电，充电，K断开的断开的t2期间电容期间电容C1充电量为充电量为:由于由于Q1=Q2即即对应的输出电压对应的输出电压UO频率为频率为可见，可见，当恒流源当恒流源IR、定时时间、定时时间t1精度高时精度高时,输出频率可与输入电流保持输出频率可与输入电流保持严格的比例关系严格的比例关系。Q2=t2*IIN47编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用 VFC100同步型同步型U/F、F/U变换器是通过外变换器是通过外时钟频率获得精密积分周期，实现时钟频率获得精密积分周期，实现U/F变换。变换。4.31 VFC100同步型同步型U/F、F/U变换变换器器48编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用图图4-3-1 VFC100引脚排列图引脚排列图1.引脚及其功能引脚及其功能1脚：脚：V+，为正电源端。，为正电源端。2脚、脚、3脚：脚：NC，为空脚。，为空脚。4脚：脚：IOUT，为内部积分输出端，为内部积分输出端，一般与一般与5脚之间接入积分电容。脚之间接入积分电容。5脚：脚：CINT,为积分负输入端，接积为积分负输入端，接积分电容。分电容。6脚、脚、7脚：脚：IN+、Ui，为积分同相，为积分同相输入与模拟电压输入端。输入与模拟电压输入端。8脚：脚：V，为负电源端。，为负电源端。9脚：脚：Cos，输出单稳电容端。，输出单稳电容端。10脚：脚：CLK，同步时钟输入端。，同步时钟输入端。49编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用11脚：脚：f0，U/F变换频率输出端。变换频率输出端。图图4-3-1 VFC100引脚排列图引脚排列图12脚：脚：DGND，为数字地。，为数字地。13脚：脚：AGND，为模拟地。，为模拟地。14脚、脚、15脚：脚：CIN、+CIN，内部，内部比较器输入端。比较器输入端。16脚：脚：VREF，为内部，为内部5V参考电参考电压输出端。压输出端。50编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用2.性能特点性能特点满量程频率输出可通过外时钟设置。满量程频率输出可通过外时钟设置。在精密满在精密满10V电压输入时电压输入时,增益误差不超过增益误差不超过0.5。内设精密内设精密5V参考电源。参考电源。极好的线性，在极好的线性，在100kHz时，最大误差不超过时，最大误差不超过 0.02，在，在1MHz时，不超过时，不超过0.1。具有低的增益漂移：不超过具有低的增益漂移：不超过50 10-6/C。51编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用图图4-3-2 VFC100的内部结构图及的内部结构图及U/F变换基本接法变换基本接法(开关接错，应接至反相端开关接错，应接至反相端)3.内部结构与基本接法内部结构与基本接法52编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用3、内部结构、内部结构53编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用基本接法基本接法54编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4、双极性输入与调整、双极性输入与调整55编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用5、F/U变换器变换器56编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4.3.2 LMx31系列系列U/F，F/U变换器变换器性能特点：性能特点：最大线形度：最大线形度：0.01%双电源或单电源工作双电源或单电源工作脉冲输出与所有逻辑形式兼容脉冲输出与所有逻辑形式兼容功耗小功耗小频率范围为：频率范围为：1Hz-100KHz57编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用58编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用在某一段时间内，其充电电荷平均值为在某一段时间内，其充电电荷平均值为其放电电荷平均值为其放电电荷平均值为利用利用其中其中59编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用60编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用一、问题的提出一、问题的提出 当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象往往是连续变化的物理量（如温度、压力、声波等），但计往往是连续变化的物理量（如温度、压力、声波等），但计算机处理的是离散的数字量，因此需要对连接变化的物理量算机处理的是离散的数字量，因此需要对连接变化的物理量（模拟量）进行采样、保持，再把模拟量转换为数字量交给（模拟量）进行采样、保持，再把模拟量转换为数字量交给计算机处理、保存等。计算机输出的数字量有时需要转换为计算机处理、保存等。计算机输出的数字量有时需要转换为模拟量去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。模拟量去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。A/DA/D转换转换器完成模拟量器完成模拟量数定量的转换，数定量的转换，D/AD/A转换器完成数字量转换器完成数字量模拟模拟量的转换。量的转换。61编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用 二、模拟接口二、模拟接口定义：定义：A/D D/A转换器可视作一外部设备转换器可视作一外部设备功能：功能：将微机系统的离散的数字信号和设备中连续变化的将微机系统的离散的数字信号和设备中连续变化的模拟量两者建立适配关系，使模拟量两者建立适配关系，使CPU能进行能进行 控制与监测。控制与监测。62编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用三、模拟输入输出系统三、模拟输入输出系统数字信号数字信号模拟信号模拟信号现场信号现场信号1现场信号现场信号2现场信号现场信号n微型微型计算机计算机放大器放大器放大器放大器放大器放大器多多路路开开关关低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器A/D转换器转换器采样保持器采样保持器数字信号数字信号受控对象受控对象控制信号控制信号模拟信号模拟信号D/A转换器转换器放大驱动电路放大驱动电路传感器传感器将各种现场的物理量测量出来将各种现场的物理量测量出来并转换成电信号（模拟电压或电流）并转换成电信号（模拟电压或电流）放大器放大器把传感器输出的信号放大到把传感器输出的信号放大到ADC所需所需的量程范围的量程范围低通滤波器低通滤波器用于降低噪声、滤去高频干扰，用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比以增加信噪比多路开关多路开关把多个现场信号分时地接通到把多个现场信号分时地接通到A/D转换器转换器采样保持器采样保持器周期性地采样连续信号，周期性地采样连续信号，并在并在A/D转换期间保持不变转换期间保持不变63编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用一、D/A变换器的基本构成 模拟开关 电阻网络 运算放大器权电阻网络权电阻网络R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络VrefRf 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VO数字量数字量64编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用二、基本变换原理二、基本变换原理运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入电压Vin的关系为：VinRf VOR 65编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用若输入端有若输入端有n个支路个支路,则输出电压则输出电压VO与输入与输入电压电压Vi的关系为：的关系为：VinRf VOR1Rn66编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用令每个支路的输入电阻为令每个支路的输入电阻为2iRf,并令并令Vin为一基为一基准电压准电压Vref，则有，则有67编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si断开，则上式变换为若若Si=1,该项对该项对VO有贡献；有贡献；若若Si=0,该项对该项对VO无贡献无贡献68编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用权电阻网络权电阻网络2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8这里，上式中的这里，上式中的n=869编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用如果用8位二进制代码来控制图中的S1S8(Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开)，则不同的二进制代码就对应不同输出电压VO；当代码在0FFH之间变化时，VO相应地在0-(255/256)Vref之间变化；为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用两种阻值的电阻(R和2R)。70编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用R-2R 网络型网络型D/A转换器转换器虚地虚地2R2RR对地电对地电阻为阻为2R2RR对地电对地电阻为阻为2R2R2R2R2RRRRRfUREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D0IREF2/IREF2/IREFi 与权电阻网络相比，与权电阻网络相比，R-2R电阻网络中只有电阻网络中只有R、2R两种阻两种阻值，从而克服了权电阻网络阻值多、阻值差别大的缺点。值，从而克服了权电阻网络阻值多、阻值差别大的缺点。71编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用主要技术指标主要技术指标1、分辨率（Resolution）输入的二进制数每1个最低有效位(LSB)使输出变化的程度。分辨率的表示有两种：最小输出电压与最大输出电压之比 用输入端待进行转换的二进制数的位数来表示，位数越多，分辨率越高。分辨率的表示式为：分辨率=Vref/2位数或 分辨率=（V+ref+V-ref)/2位数 若Vref=5V，8位的D/A转换器分辨率为5/256=20mV。72编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用2、转换精度（误差）实际输出值与理论值之间的最大偏差可用最小量化阶来度量：=1/2 LSB也可用满量程的百分比来度量：如0.05%FSR(FSR-Full Scale Range)74编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用3、转换时间从开始转换到与满量程值相差1/2 LSB所对应的模拟量所需要的时间tV1/2 LSBtCVFULL75编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用4 4、线性度、线性度 当数字量变化时，当数字量变化时，D/AD/A转换器输出的模转换器输出的模拟量按比例变化的程度。拟量按比例变化的程度。线性误差线性误差 模拟量输出值与理想输模拟量输出值与理想输出值之间偏离的最大值。出值之间偏离的最大值。76编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用 DAC（数字模拟变换集成电路）是系统或设备中的一个功能器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输入输出有不同的要求，DAC的输入输出特性一般考虑以下几方面：（1）输入缓冲能力：DAC的输入缓冲能力是非常重要的，具有缓冲能力（数据寄存器）的DAC芯片可直接与CPU或系统总线相连，否则必须添加锁存器。DAC的输入输出特性：的输入输出特性：77编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用（2）输入码制：DAC输入有二进制和BCD码两种，对于单极性DAC可接收二进制和BCD码；双极性DAC接收偏移二进制或补码。（3）输出类型：DAC输出有电流型和电压型两种，用户可根据需要选择，也可进行电流电压转换。（4）输出极性：DAC有单极性和双极性两种，如果要求输出有正负变化，则必须使用双极性DAC芯片。78编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用 DAC0832 （1）DAC0832的性能参数的性能参数 DAC0832DAC0832是一片典型的是一片典型的8 8位位DACDAC芯片芯片 分辨率：分辨率：8位位 电流型：内部有电流型：内部有2级缓冲器级缓冲器 转换时间：转换时间：1mS 功耗：功耗：20mW79编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用 （2）DAC0832引脚和内部结构如图所示。2019181716151413121112345678910VCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT2CSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VREFRFBDGND80编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用DAC0832的内部结构LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入输入寄寄存存器器DGNDDI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER81编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用2.DAC08322.DAC0832的数字接口的数字接口8位数字输入端DI0DI7（DI0为最低位）输入寄存器（第1级锁存）的控制端ILE、CS*、WR1*DAC寄存器（第2级锁存）的控制端XFER*、WR2*82编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用两级缓冲寄存器都是直通锁存器LE1，直通（输出等于输入）LE0，锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1直通锁存器的工作方式直通锁存器的工作方式83编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：直通方式的工作方式：直通方式LE1LE21输入的数字数据直接进入输入的数字数据直接进入D/A转换器转换器84编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用LE11，或者LE21两个寄存器之一始终处于直通状态另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：单缓冲方式的工作方式：单缓冲方式85编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：双缓冲方式的工作方式：双缓冲方式两个寄存器都处于受控（缓冲）状态两个寄存器都处于受控（缓冲）状态能够对一个数据进行能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另一个数据转换的同时；输入另一个数据优点：数据接收与优点：数据接收与D/A转换可异步进行转换可异步进行可实现多个可实现多个DAC同步转换输出同步转换输出分时写入分时写入、同步转换同步转换86编辑ppt第第第第4 4章章章章 集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用集成变换器及其应用Iout1、Iout2电流输出端Rfb反馈电阻引出端（电阻在芯片内）VREF参考电压输入端10V10VAGND模拟信号地VCC电源电压输入端5V15VDGND数字信号地DAC0832的模拟输出的模拟输出87编辑ppt第第第第4 4章章章章