测控电路第6章信号转换电路

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1、电压比较电压比较电路：模拟电路：模拟- -开关信号的转换开关信号的转换 电压电流转换电压电流转换电路电路电压频率转换电压频率转换电路电路采样保持采样保持电路电路6. 6. 信号转换电路信号转换电路模拟数字转换模拟数字转换电路电路 测量与控制电路测量与控制电路22022-6-16.1 电压比较电路电压比较电路 6.1.1 电平比较电路电平比较电路 （一）差动比较电路（一）差动比较电路-1+1#uiUoURuiURa）电压比较器符号b）电压比较器特性电压比较器是一种电压电压比较器是一种电压-开关信号转换器。开关信号转换器。一种将电压信号离散化电路一种将电压信号离散化电路 测量与控制电路测量与控制电

2、路32022-6-16.1 电压比较电路电压比较电路 6.1.1 电平比较电路电平比较电路 （二）求和比较电路（二）求和比较电路（阈值可变）（阈值可变） 优点：阈值可变优点：阈值可变 缺点：振铃现象缺点：振铃现象12RRUUR - -+ + +uiUoUR1R2RURuiun电平比较器的电平比较器的“振铃振铃”现象现象Uo 测量与控制电路测量与控制电路42022-6-16.1 电压比较电路电压比较电路 6.1.2 滞回比较电路滞回比较电路不同方向变化不同阈值a) 电路原理图b) 传输特性uiUoU1OU2-1+1#uiUoURRR2R1212oL211R1RRRURRRUU212oH211R2

3、RRRURRRUU6.1 电压比较电路电压比较电路 6.1.2 滞回比较电路滞回比较电路-1-1+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平开关信号 测量与控制电路测量与控制电路62022-6-16.1 电压比较电路电压比较电路 6.1.3 窗口比较电路窗口比较电路 单方向多个阈值单方向多个阈值ui“1”“0”OUUR2UR1Uo-1+1# &-1+1#uiVSR1RPR2Uo1Uo2Uo

4、UZN2N1UR2UR1E 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。 6.2 采样保持电路6.2 采样保持电路6.4.1 基本原理n采样保持电路的基本组成：（1）模拟开关（2）模拟信号存储电容（3）缓冲放大器 uoa）S/H电路原理b）

5、模拟信号采样tTs-+N1-+uiSUCCtuof(t)OOui, uoUC6.2 采样保持电路n对采样保持电路的主要要求： 精度和速度，充电快、放电慢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。6.4.1 基本原理-+N1-+ui uoSUCC带宽，上升速率、最大输出电流和漂移输入阻抗、上升速率、漂移导通电阻、截止电阻、延迟时间漏电流6.2 采样保持电路6.4.1 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。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。

6、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。6.2 采样保持电路6.4.2 模拟开关n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。该开关由开关元件和控制（驱动）电路两部分组成。控制电路控制电路开关元件开关元件6.2 6.2 采样保持电路采样保持电路模拟开关的分类n机械触点式：干簧继电器，水银继电器及机械振子继电器等。 动作时间长、体积大、耗蚀n电子式开关：双极性晶体管、场效应晶体管、光耦合器件及集成模拟开关等。 应用广泛6.4.2 模拟开关6.4.2 模拟开关6.2 6.2 采样保持

7、电路采样保持电路模拟开关的性能参数模拟开关的性能参数n静态特性静态特性：主要指开关导通和断开时输入端与：主要指开关导通和断开时输入端与输出端之间的电阻输出端之间的电阻Ron和和Roff , 此外还有最大开关此外还有最大开关电压、最大开关电流和驱动功耗等。电压、最大开关电流和驱动功耗等。n动态特性动态特性：开关动作延迟时间，包括开关导通：开关动作延迟时间，包括开关导通延迟时间延迟时间Ton和开关截止延迟时间和开关截止延迟时间Toff , 理想模拟理想模拟开关时开关时Ton0，Toff0数字开关主要要求动态特性数字开关主要要求动态特性6.2 6.2 采样保持电路采样保持电路6.4.2 模拟开关SB

8、DGuiuoucRonuiO优点：Roff1013 （一）（一）N沟道增强型沟道增强型MOSFET开关电路开关电路 不足：Ron随ui增大而增大 （二）CMOS开关电路 6.2 6.2 采样保持电路采样保持电路6.4.2 模拟开关b）Ron- ui特性特性RonRon(C)Ron(N)Ron(P)uiOuGPuiuouGN+E-Ea）CMOS开关开关将P沟道与N沟道MOSFET并联（三）模拟多路开关电路 6.2 6.2 采样保持电路采样保持电路6.4.2 模拟开关输出输出/输入输入ABC+E01234567输入输入/输出输出-E11-E2逻辑电平转换电路逻辑电平转换电路8选选1译译码码电电路路

9、13141512152416111096873INH S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8巡回采样：巡回采样：8路输入、路输入、1路输出路输出 1路输入、路输入、8路输出路输出 选用泄漏电阻大和介质吸附效应小的电容器，如聚苯乙烯，钽电容和聚碳酸脂电容器等。 电容器采用一定的绝缘介质，介质有一定泄漏电阻6.2 6.2 采样保持电路采样保持电路6.4.3 存储电容 Cn电容器的吸附效应 电容器极板间的介质极化不可能瞬时实现，电容器介质的偶极子及其界面极化的形成和消失，都需要一定的时间，从而使得电容器在充放电过程结束时，电容电压会有程度不等的下降或上升，在经过一定的时间后趋于平衡。 6.2

10、 6.2 采样保持电路采样保持电路6.4.3 存储电容 C+6.2 6.2 采样保持电路采样保持电路6.4.3 存储电容 n充电过程中的电容器吸附效应010CUCUC C0R0R1C1i1i2i3C0R0R1C1i1i2i3C0R0R1C1Si1i2i3a) 充电开始S闭合b) 充电结束S断开后c) 充电结束达到平衡SS快慢向C1放电泄漏介质内部6.2 6.2 采样保持电路采样保持电路6.4.3 存储电容 n放电过程中的电容器的吸附效应C0R0R1C1i1i2i3a) 放电开始S闭合RLb) 放电结束S断开后C0R0R1C1i1i2i3RLSSc) 放电结束达到平衡C0R0R1C1i1i2i3

11、RLS快慢向C0放电泄漏010CUCUCn电容值选择电容值选择电容小：充电快、放电也快，不利于保持电容小：充电快、放电也快，不利于保持电容大：充电慢、放电也慢，不利于跟踪电容大：充电慢、放电也慢，不利于跟踪根据信号频谱选择根据信号频谱选择6.2 6.2 采样保持电路采样保持电路6.4.3 存储电容 6.2 6.2 采样保持电路采样保持电路6.4.5 应用电路举例 & 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 /# 模拟量输入 状态 AD571 偏移调节 C +5VAD582 uo ui - + + N1 - + + N2 Uc S DG # 6.2 6.2 采样