【doc】一种高速价廉的A／D转换电路

【doc】一种高速价廉的A／D转换电路【doc】一种高速价廉的A／D转换电路一种高速价廉的A,D转换电路酉), 《,乌毒漆 / , 般《电测与仪表》】995. r 一一种高速价廉的A/D转换电路华中理工太学唐小琦郑小年王平江一 ,,摘要本文介招了一种用廉价,通用器件组成的人住高速A/D转换电路.算最高转换速度可达1us,谆电路简单,实用,易于实现.完奎能满足太多数高速数据采集要求. 叙词高速A/D转换逐步逼近移住寄存嚣引言在日益发展的自动化生产过程中,人们对生产过程参数的自动测量和控制提出了越来...

【doc】一种高速价廉的A／D转换电路一种高速价廉的A,D转换电路酉), 《,乌毒漆 / , 般《电测与仪表》】995. r 一一种高速价廉的A/D转换电路华中理工太学唐小琦郑小年王平江一 ,,摘要本文介招了一种用廉价,通用器件组成的人住高速A/D转换电路.算最高转换速度可达1us,谆电路简单,实用,易于实现.完奎能满足太多数高速数据采集要求. 叙词高速A/D转换逐步逼近移住寄存嚣引言在日益发展的自动化生产过程中,人们对生产过程参数的自动测量和控制提出了越来越高的要求.测量系统除了要有较高的测量精度以外,还必须有足够的响应速度.因此,一方面传感器的响应速度要快,另一方面信号处理系统中A/D转换电路的转换速度也至关重要. 例如,在高精度的CCD检测系统中,欲提高数据的采样速度,关键是A/D的转换速度.通用的A/D转换器件其转换速度通常都在十几个微秒以上,难以满足某些要求较高的场合,丽专用的高速A/D转换芯片不仅价格昂贵,而且市场上不易购到.本文介绍一种使用普通的D/A 转换器件和逐次移位逼近的方法实现高速A/D 转换,不仅转换速度快(最快可达1),而且价格低廉,电路简单. 一 ,逐敬逼近A/I)转换器的原理图1是逐次逼近A/D转换器的原理框图. 它采用中分比较的原理,其组成是以一个与A/D 转换器相同位数的D/A转换器为中心,再加上比较器,逐次逼近寄存器和控制逻辑组成.在复位,启动信号S的作用下,逐次逼近寄存器输出的最高位为0,其余各位为1,D/A转换器的输出=er,2,待转换的模拟电压m与 U,比较,若U>u,,则数字量的最高位为l,否则,最高位为0.并将此结果存入逐次逼近寄存器中.同时,逐次逼近寄存器在时钟脉冲CP的作用下右移一位.那么,下一次王75 弋图二,元器件选择 1.D/A转换器的选择由以上可知,每一次A/D转换,D/A转换器的输出与模拟电压需经次比较,输出 ,在数字量才能逼近模拟电压.也就是说一次A/D转换中,D/A转换器转换了H次所以,D/A转换器的响应速度至少要等于A/D转换器的一倍,其响应时间应小于AfD转换器的分之一.因此,我们选用了DAC08008位D/A 转换器,因为DAC0800是一种8位价廉的高速电流输出型数模转换器,其建立时间的典型值为lOOns,具有良好的温度特性和线性度,电源电压范围宽,可与1]nL,CMOS,PMOS和其它逻辑电路直接联接,并且还有功耗低等特点,完全可以满足设计要求. 2.避凝逼近寄存器的选择由逐次逼近A/D转换器的原理可知,逐次逼近寄存器具有非一般移位寄存器的功能.在转换开始时,它的输出刚好等于满量程的一半, 并且在CP脉冲的作用下,输出的某一位能根据比较器的结果决定取1还是取0,并将其下一位自动置0.由逐步逼近寄存器DM2502的真值表可知,它的功能刚好满足这种要求.下面是DM2502的引脚意义和真值表: ?cP一寄存器的时钟输入信号 ? D—寄存器的串行数据输入 ? E一寄存器使能信号,用于扩展寄存器的长度和高精度的A/D转换.低电平有效 ? Q.r青存器的输出端 ? (一转换完成输出,低电平有效 ? s一复位信号,低电平有效表1DM2502的真值表时钟输凡输出 DoQ5Q5Ql ×LL×××××××××× D,HL×LHHHHHHHH D6HLD7DvLHHHHHHH DHLDvLHHHHHH D|HLD5D7LHHHHH DHLDD6LHHHH DHLD7DD.DsLHHH D-HLDD5D'D,D2LHH D.HLDlD7DsD4D,DDlLH ×HLD5D?nlL 3.比较器的选择比较器也是在每一次A/D转换时,比较了 n次,因而其响应时间至少要小于A/D转换时间的分之一.因此,我们选用了超高速比较器LM361,它是一种差动输入,互补TTL输出的电压比较器,其最大响应时间仅为20ns, 输入失调电压很低. 三,高速A/D转换电路原理图图2是这种高速A/D转换电路原理图. 图2的原理图与图1的框图基本一致,只是比较器的输入稍有差别,这里两个信号是单端比较,而图1是双端比较.这是因为DAC0800 是电流输出型,其输出电流与输入的数字量成比例,通常都要在其输出端接一运放,将电流,0转换为电压.我们这里省略了一个运放, 而直接由电阻将,0转换为电压.具体分析于下: 设图中的比较器同相输入端电位为, 由KCL定律,得: r,,r +一一而=0,经变换得: u:,一).RsRslR a,尼因R胁很小.故12?R5肛同.忽略不计 (当Uj,,=0时,两可提供一个很小的电流,使电位U稍大于0,以避免比较器振荡).所以: fij'Rs 可见,与是一个差动关系.而的大小决定了U点电位的正负,即比较器输出的1和0. 下面以模拟电压:姜}一为例说明A/D 转换的工作原理. (1)复位阶段 DM2502寄存器在第一个时钟脉冲CP由低向高跳变时由复位信号S的低电平完成复位. 复位后,Q为低电平,Q6-Qo为高电平,同表? 时转换完成信号被置为高电平. (2)转换阶段复位结束后,DM2502输出寄存器的状态为0111,1111,D/A输出模拟电压:u, ,因为.>,结比较器将和o进行比较果比较器输出为1.在第二个时钟脉冲由低向高跳变时,比较器的输出信号由D端送入Q, 同时输出寄存器的Q,右移一位.这时,寄存器输出为1011,1111.D/A输出为u=崔此时,Ui.~o,比较器输出为0.在第三个时钟脉冲由低向高跳变时.比较器的输出信号由寄存器的串行数据输入端D送入Q6,D7 保持不变,此时QB,Qo右移一位.寄存器输出为1001,1111,D/A输出为u口=u……. 如此进行八次,直到最低位为止.转换结束以后,DM2502的转换结束信号Q输出一低电平. 至此,A/D的一次转换结束. CPUhUDoq|ooqQoUD ×××××××× J,0】】】】l】】.】27 0\lO,l111l1 —00,11l1l , '.o1】1】一l.111 一1,0.,11 — LOO—r,101 — —?0l0r10 100】0T—O 每一步的转换状况及转换结果如表所示. 四,结语本电路已用于高精度CCD采样系统,CCD 为线2048单元,型号TCD102C.我们所使用的采样频率为500kHz.经测试,若cP脉冲的频率选择得当.最高采样频率可达1MHz.完全可满足大多数高速数据采集要求.该电路主要使用了三块常用芯片.其市场价格40元左右, 而用并行八位高速A/D芯片构成的转换器.其价格达几百元,且一般市场上不易买到.因而, 42 本电路具有简单.实用,价廉等特点. 参考文献 1橡惠民,安德宁京邮电学院出版社 2李映被,析雅西电,1990(】' 单片微型计算机瞟理?接rl?应用-北外同步ccD数据采集系统一半导体光 (韩松林编发)

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