测控电路-9第六章-信号转换电路6
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1、第六章第六章 信号转换电路信号转换电路从信号形态变换的观点将各种转换分为三种：从信号形态变换的观点将各种转换分为三种：（1）从自然界物理量到电量的转换：）从自然界物理量到电量的转换：传感器传感器（2）电量之间的转换：转换电路电量之间的转换：转换电路（3）从电量到物理量的转换）从电量到物理量的转换u 6.1 模拟开关u 6.2 电压比较电路u 6.3 电压频率转换电路u 6.4 电压电流转换电路u 6.5 模拟数字转换电路第六章第六章 信号转换电路信号转换电路模块法。将复杂电路分成模块法。将复杂电路分成几个功能模块，分别分析。几个功能模块，分别分析。标注法。在电路元件上标标注法。在电路元件上标注
2、当前工作状态。注当前工作状态。列表法。列出元件工作状列表法。列出元件工作状态，和电参数的数值。态，和电参数的数值。6.1 6.1 模拟开关模拟开关 模拟开关是一种在数字信号控制下将模拟信号接通或断开的元件或电路。 模拟开关有三个端子：控制端C、信号输入端I及信号输出端O。有的I/O可以互换，称为双向开关。控制电路开关元件模拟开关的主要参数：导通电阻Ron：开关闭合时呈现的电阻。截止电阻Roff：开关断开时呈现的电阻。延迟时间：控制信号改变时对应产生的输出延时，包括导 通和截止延时。 常用的开关元件有二极管开关、三极管开关、场效应管开关等 。6.1 6.1 模拟开关模拟开关6.16.1.1.1
3、增强型增强型MOSFET开关电路开关电路一、一、N沟道增强型沟道增强型MOSFET开关电路开关电路SDGuiuoucRonuiO优点：优点：R Roffoff10101313 不足：不足：R Ronon随随u ui i增大而增大增大而增大 6.16.1.1.1 增强型增强型MOSFET开关电路开关电路二、二、CMOSCMOS开关电路开关电路 b）Ron- ui特性RonRon(C)Ron(N)Ron(P)uiO将将P沟道与沟道与N沟道沟道MOSFET并联并联uiuouGN+E-EuGP 数字信号具有抗干扰能力强，便于传输、长期存储、分辨率高、能进行复杂的运算等优点。为了将模拟信号转换成数字，首
4、先要进行采样。这种电路用于一切需要对输入信号瞬时采样和存储的场合，如自动补偿直流放大器的失调和漂移等，最常见的是应用于快速数据采集系统，以保持输入信号在采样过程中不变。当系统有多个模拟信号时，为了采得各通道同一时刻的信息时，则需用多个采样保持器进行同时采样。 采样保持电路是一种时间上离散化电路。 6.6.2 2 采样采样/ /保持电路保持电路6.6.2 2.1 .1 基本原理基本原理n采样保持(S/H)电路的基本组成：（1）模拟开关（2）模拟信号存储电容（3）输入、输出缓冲放大器 uoa）S/H电路原理电路原理b）模拟信号采样）模拟信号采样tTs- -+ + +N1- -+ + +uiSUCC
5、tuoy(t)OOui, uoUCy(t)=Acos2fty(t) E1cos(2fst)=AE1cos 2(fs+f)t+cos 2(fs-f)t/2n采样定理：（1）采样频率fs2fmax（2）采样间隔Ts fmaxn对采样保持电路对采样保持电路的主要要求：的主要要求： 精度和速度，精度和速度，充电快、放电慢充电快、放电慢- -+ + +N1- -+ + +ui uoSUCC带宽，上升速带宽，上升速率、最大输出率、最大输出电流和漂移电流和漂移输入阻抗、上升输入阻抗、上升速率、漂移速率、漂移导通电阻、截止导通电阻、截止电阻、延迟时间电阻、延迟时间漏电流漏电流6.6.2 2.1 .1 基本原理
6、基本原理n采样保持电路的主要性能指标：捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，到输出值达到规定的误差范围以内所需的时间。跟踪性能的标志，捕捉时间越长表示跟踪性能越差。孔径时间：指从发出保持指令的时刻起，到开关真正断开所需的时间。 切断能力的标志。下垂率：指由于存贮电容的电荷的泄漏所引起的输出电压的变化率。 n为提高实际电路的精度和速度，需同时从元件和电路两方面着手解决。6.6.2 2.1 .1 基本原理基本原理 测控电路132022-6-16.6.3 3 电压比较电路电压比较电路 一、差动比较电路一、差动比较电路-1-1+1+1# #uiUoURuiURa）电压比较器符号）电压比较器符号b）电压比较
7、器特性）电压比较器特性电压比较器是一种电压-开关信号转换器。6.3.1 6.3.1 电平比较电路：电平比较电路： 测控电路142022-6-1 二、求和比较电路二、求和比较电路（阈值可变） 优点：阈值可变 缺点：振铃现象12RRUUR -+uiUoUR1R2RURuiun电平比较器的“振铃”现象Uo6.6.3.1 3.1 电平比较电路电平比较电路 测控电路152022-6-1 6.6.3 3.2 .2 滞回比较电路滞回比较电路不同方向变化不同阈值不同方向变化不同阈值a) 电路原理图电路原理图b) 传输特性传输特性uiUoU1OU2-1-1+1+1# #uiUoURRR2R1212oL211R1
8、RRRURRRUU212oH211R2RRRURRRUU-1+1#uiUoURRR2R1VS2VS3电压比较器是一种带正反馈的运算放大器，以提高转换速率，消除振铃现象，可以通过钳位以获得所需电平开关信号。 6.6.3 3.2 .2 滞回比较电路滞回比较电路 测控电路172022-6-1 6.6.3 3.3 .3 窗口比较电路窗口比较电路 单方向多个阈值ui“1”“0”O UUR2UR1Uo-1-1+1+1# # & &-1-1+1+1# #uiVSR1RPR2Uo1Uo2UoUZN2N1UR2UR1E22112RZRZPPRZRUKUUURRRUUEU 测控电路182022-6-16.4 电压
9、频率转换电路6.6.4 4.1 V/f .1 V/f 转换电路转换电路定义：V/f (电压/频率)转换器能把输入信号电压转换成相应的频率信号，即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称为电压控制(压控)振荡器(VCO)。应用：在调频（电压调频），锁相和A/D变换等许多技术领域得到非常广泛的应用。指标：额定工作频率和动态范围，灵敏度或变换系数，非线性误差，灵敏度误差和温度系数等一、积分复原型一、积分复原型 V/f V/f 转换电路转换电路ui越高uC越快达到uP电平，比较器翻转越快761Z6767RRUUURRRR 762Z6767RRUUURRRR 比较器门限电平为：比较器门限电平为：
10、-U V - + + N1 - + + N2 R2 -E ui R1 R3 C R4 R5 R6 R7 R8 R9 uC uP VS1 VS2 VS3 uo 测控电路202022-6-1一、积分复原型一、积分复原型 OU1U2uoT1T2tuCU2U1ttOOuPiuUUCRT211121TTi2110)(11uUUCRTf6.6.4 4.1 V/f .1 V/f 转换电路转换电路11)(01UdttutCRuic积分器充电过程的输出电压为：充电时间为： 测控电路212022-6-1一、积分复原型一、积分复原型 V-+N2-ER3R4R5R6R7R8R9uCuPVS1VS2VS3uo- -U比
11、较器复原开关复原开关-+N1R2uiR1C积分器积分器6.6.4 4.1 V/f .1 V/f 转换电路转换电路，当0iu0cuZoUuV截止，up为负向门限电平U2 测控电路222022-6-1一、积分复原型一、积分复原型 V-+N2-ER3R4R5R6R7R8R9uCuPVS1VS2VS3uo- -U比较器复原开关复原开关-+N1R2uiR1C积分器积分器6.6.4 4.1 V/f .1 V/f 转换电路转换电路，当0iudttutCRuic)(011,2Uuc直到V导通，且up=U1C放电，uC电位增大，当增大到uC负向增大,ZoUu ,1Uuc,ZoUuV截止时间段uiucupuo三极
