测控电子线路 第6章_信号转换电路
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1、作用：实现各种信号转换，如作用：实现各种信号转换，如S/H、V/f、V/I、A/D。 6.1 模拟开关模拟开关 6.2 采样保持电路采样保持电路 6.3 电压比较电路电压比较电路 6.4 电压频率转换电路电压频率转换电路 6.5 电压电流转换电路电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路模拟数字转换电路从信息形态变化的观点将各种转换分为三种：从信息形态变化的观点将各种转换分为三种：（1）从自然界物理量到电信号的转换）从自然界物理量到电信号的转换 传感器传感器（2）电信号之间的转换）电信号之间的转换 转换电路转换电路（3）从电信号到物理量的转换）从电信号到物理量的转换 静态标定静态标定 主要参数
2、主要参数导通电阻导通电阻Ron：开关闭合时的电阻；：开关闭合时的电阻；截止电阻截止电阻Roff：开关关断时的电阻，主要开关关断时的电阻，主要由漏电引起由漏电引起；延迟时间：控制信号改变时对应产生的输出延迟时间。延迟时间：控制信号改变时对应产生的输出延迟时间。 开关电路类型开关电路类型增强型增强型MOSFFT开关电路：开关电路：N沟道增强型和沟道增强型和CMOS 型；型；集成模拟开关电路：在同一芯片上集成多个集成模拟开关电路：在同一芯片上集成多个CMOS开关；开关；多路模拟开关电路：由地址译码器和多路模拟开关组成。多路模拟开关电路：由地址译码器和多路模拟开关组成。 作用：作用：采集某一瞬间的模拟
3、输入信号，根据需要保持并采集某一瞬间的模拟输入信号，根据需要保持并 输出此电压值。输出此电压值。 采样状态：采样状态：电路输出信号稳定地跟踪模拟输入信号。电路输出信号稳定地跟踪模拟输入信号。 保持状态：保持状态：电路输出信号保持采样结束时刻的瞬时值。电路输出信号保持采样结束时刻的瞬时值。 用途：用途：主要用于快速数据采集系统。主要用于快速数据采集系统。 捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间长，捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间长，电路的保持特性不好，它们限制了电路的工作速度。电路的保持特性不好，它们限制了电路的工作速度。 捕捉时间：捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，直到输出信号稳从发出采
4、样指令的时刻起，直到输出信号稳 定地跟踪上输入信号为止所需的时间。定地跟踪上输入信号为止所需的时间。 关断时间：关断时间：从发出保持指令的时刻起，直到输出信号稳从发出保持指令的时刻起，直到输出信号稳 定下来为止所需的时间。定下来为止所需的时间。基本组成：基本组成： 1. 模拟开关模拟开关 2. 存储电容存储电容 3. 缓冲放大器缓冲放大器 当当Uc=“1”时，时，S接通，接通，ui向向C充电，输出跟踪模拟输入充电，输出跟踪模拟输入信号变化信号变化采样阶段采样阶段(uo=uc=ui)。- -+ +N1+ +- -+ +N2+ +uiuoUcCSuc 当当Uc=“0”时，时，S断开，断开，uo保持
5、保持S断开瞬间的输入信号值断开瞬间的输入信号值保持状态保持状态(uo保持保持uc值值)。采样定理：采样定理：采样频率采样频率fs 2 fmax 采样间隔采样间隔Ts 1/ 2 fmax通常取通常取fs = (710) fmax 对采样保持电路的主要要求：对采样保持电路的主要要求：精度和速度精度和速度 为提高实际电路的精度和速度，可从为提高实际电路的精度和速度，可从元件元件和和电路电路两方两方面着手解决。面着手解决。 a) O t Ts ui ,uo O t uo f(t) fs(t) ui,uouoTsttOOui采样采样保持保持 模拟开关模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电要求模拟开关的
6、导通电阻小，漏电流小，极间电容小和切换速度快。流小，极间电容小和切换速度快。 存储电容存储电容：要选用介质吸附效应小的和泄漏电要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻大的电容。阻大的电容。 运算放大器运算放大器：选用输入偏置电流小、带宽宽及选用输入偏置电流小、带宽宽及转换速率（上升速率）大的运算放大器，输入转换速率（上升速率）大的运算放大器，输入运放还应具有大的输出电流。运放还应具有大的输出电流。 将运放、将运放、NMOS管模拟开关管模拟开关S和与门控制电路和与门控制电路DG集成在一集成在一块芯片上块芯片上(AD582)，其输出，其输出uo送入送入AD571的输入端，而的输入端，而AD571的状态输出
7、端与的状态输出端与AD582的控制端相连。由的控制端相连。由AD571的输出状态的输出状态来控制来控制AD582开关开关S的断和通，使的断和通，使AD582处于保持处于保持/采样状态。采样状态。2f11RKR 比较器用通用运算放大器和专用集成比较器的区别？比较器用通用运算放大器和专用集成比较器的区别？ （1）比较器的一个重要指标是它的）比较器的一个重要指标是它的响应时间响应时间，它一般，它一般低于低于10-20ns。响应时间响应时间与放大器的与放大器的上升速率上升速率和和增益增益-带宽积带宽积有关。因此，必须选用这两项指标都高的运算放大器作比有关。因此，必须选用这两项指标都高的运算放大器作比较
8、器，并在应用中减小甚至不用相位补偿电容，以便充分较器，并在应用中减小甚至不用相位补偿电容，以便充分利用通用运算放大器本身的带宽来提高响应速度。利用通用运算放大器本身的带宽来提高响应速度。 （2）当在比较器后面连接数字电路时，专用集成比较）当在比较器后面连接数字电路时，专用集成比较器无需添加任何元器件，就可以直接连接，但对通用运算器无需添加任何元器件，就可以直接连接，但对通用运算放大器而言，必须对输出电压采取嵌位措施，使它的高、放大器而言，必须对输出电压采取嵌位措施，使它的高、低输出电位满足数字电路逻辑电平的要求。低输出电位满足数字电路逻辑电平的要求。 作用：鉴别和比较两个模拟输入电压的大小。作
9、用：鉴别和比较两个模拟输入电压的大小。 当当uiUR时，时，Uo为低电平为低电平“0”； 当当ui=UR时，比较器翻转。时，比较器翻转。 Uo=UR-ui 在高低电平变化瞬间，可在高低电平变化瞬间，可 用用“虚短虚短”和和“虚断虚断”进行分析，进行分析， 是模拟电路与数字电路之间联是模拟电路与数字电路之间联 系的桥梁。系的桥梁。-1-1+1+1uiUR#UoUouiuiURoUR UouiuiURoUR 当当uiUR时，时，Uo为低电平为低电平“0”；当当ui=UR时，比较器翻转。时，比较器翻转。 Uo=UR-ui 当当UR=0时为过零比较器，时为过零比较器，又称鉴零器。如正弦波经过鉴又称鉴零
10、器。如正弦波经过鉴零器后变为方波。零器后变为方波。-1-1+1+1uiUR#Uo 优点：优点：门限电平可变门限电平可变 缺点：缺点：振铃现象振铃现象1R2RUUR 当当uiUR时，时，Uo为低电平为低电平“0”；当当ui=UR时，比较器翻转。时，比较器翻转。 由于干扰信号由于干扰信号un的作的作用，当用，当ui+un=UR时就产生时就产生误翻转，即误翻转，即“振铃振铃”现象。现象。- -+ + +uiUoU R1R2R UR ui un M N P Q Uo unURuiUoUouioU1 U2 设输出高低电平分别为设输出高低电平分别为UoH、UoL，则两个门限电平分别为：，则两个门限电平分别
11、为：122RoH1212RRUUURRRR121RoL1212RRUUURRRR滞后电平：滞后电平：221oHoLn12()RUUUUUuRR Uo-1-1+1+1uiUR#R1R2R 调节调节R1或或R2可调节滞后电平，使可调节滞后电平，使 稍大于预计的干稍大于预计的干扰信号扰信号un，可消除，可消除“振铃振铃”现象。现象。uiU2时时Uo=UoL，U1uiU2时不翻转。常作为整形电路。时不翻转。常作为整形电路。U 当当uiUR2时，时，Uo1=“1”，Uo2=“0”，则，则Uo=“1”；当当UR2uiUR1时，时，Uo1=“0”，Uo2=“1”，则，则Uo=“1”。Uo-1-1+1+1ui
