测控电路-第6章-信号转换电路课件.pptx

1、信号转换电路6.1 模拟开关 6.2 采样保持电路 6.3 电压比较电路6.4 电压频率转换电路6.5 电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路 信号转换电路6.1 模拟开关 6.2 采样保持电路 6.3 电压比较电路6.4 电压频率转换电路6.5 电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路 6.1.1 模拟开关及其主要参数p导通电阻Ron是指开关闭合时所呈现的电阻p截止电阻Roff是指开关关断时所呈现的电阻，它主要由于漏电所致；p电荷注入是指与构成模拟开关的NMOS和PMOS管相伴的杂散电容引起的一种电荷变化，是开关过程中模拟开关的寄生电容失配及其对输出信号完整性影响的函数；p延迟时间是指

2、控制信号改变时对应产生的输出延迟时间，包括开关导通延迟时间和开关截止延迟时间，由模拟开关的寄生电容所致。6.1.2 增强型MOSFET开关电路pN沟道增强型MOSFET开关电路pCMOS开关电路6.1.2 增强型MOSFET开关电路6.1.3 集成模拟开关6.1.4 模拟多路开关电路信号转换电路6.1 模拟开关 6.2 采样保持电路 6.3 电压比较电路6.4 电压频率转换电路6.5 电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路 6.2.1 基本原理p采样保持电路的基本组成：模拟开关 模拟信号存储电容 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-+ui

3、SUCCtuof(t)OOui,uoUC6.2.2 单片集成采样保持电路p采样保持电路的主要性能指标 捕捉时间TAC：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。TAC大则跟踪性能差。孔径时间TAP：指从发出保持指令的时刻起，到开关真正断开所需的时间。TAP大则电路保持性能差。孔径误差：实际保持值与期望值存在的差异。信号转换电路6.1 模拟开关 6.2 采样保持电路 6.3 电压比较电路6.4 电压频率转换电路6.5 电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路 6.3.1 电平比较电-1-1+1+1#uiUoURuiURa）电压比较器符号）电压比较器符号b）电压比较器特性

4、）电压比较器特性电压比较器是一种电压-开关信号转换器。p差动比较电路p求和比较电路（阈值可变）12RRUUR-+uiUoUR1R2RURuiun电平比较器的“振铃”现象Uo6.3.1 电平比较电6.3.2 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#uiUoURRR2R1212oL211R1RRRURRRUU212oH211R2RRRURRRUU6.3.3 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#uiVSR1RPR2Uo1Uo2UoUZN2N1U

5、R2UR1E信号转换电路6.1 模拟开关 6.2 采样保持电路 6.3 电压比较电路6.4 电压频率转换电路6.5 电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路 6.4.1 V/f 转换电路p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)。p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。p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6.4.1 V/f 转换电路ui越高uC越快达到uP电平，比较器翻转越快V-+N2-ER3R4

6、R5R6R7R8R9uCuPVS1VS2VS3uo-U比较器比较器复原开关复原开关-+N1R2uiR1C积分器积分器p积分复原型p电荷平衡型uo11itQ 0s01QIi tQ 0s11 tiItRtIuitIttf0si0s1011uot1tuCtOOt0-+N1-+N2SuiRIS单稳单稳定时器定时器uCiURC（1）线性好；（）线性好；（2）易于集成）易于集成6.4.1 V/f 转换电路6.4.2 f/V转换电路p集成f/V转换器 RS 触发器触发器-+输入输入比较器比较器uiRtCtRLIsCLRS45678123SR+U-+定时定时比较器比较器RdCdR1R2R2RV2u6U1U2u

7、5U-U7S1S1V1QQ信号转换电路6.1 模拟开关 6.2 采样保持电路 6.3 电压比较电路6.4 电压频率转换电路6.5 电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路 6.5.1 电流/电压转换电路p反相输入型R1-+NuoR2Rsisisii 1s1oRiiRu要求电流源is的内阻Rs必须很大，is需远大于运算放大器偏置电流6.5.1 电流/电压转换电路p同相输入型R2-+NuoR1R3R4iui321o1RRiRup对微弱电流的反相输入型6.5.1 电流/电压转换电路p4-2-mA/0-5V转换电路6.5.1 电流/电压转换电路p运放构成的V/I转换电路6.5.2 电压/电流转换电路

8、p集成V/I转换器6.5.2 电压/电流转换电路6.5.2 电压/电流转换电路信号转换电路6.1 模拟开关 6.2 采样保持电路 6.3 电压比较电路6.4 电压频率转换电路6.5 电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路 6.6.1 D/A转换器pD/A转换器主要技术指标 分辨率：电路所能分辨的最小输出电压增量（即输入数字量变化单位数码变化时所对应的模拟量的变化量）。例如：10位二进制D/A转换器，其分辨率为2-10位数越多，分辨率越高 精度：给定数字代码时测得的实际模拟输出量和对应这个输入代码的理论模拟输出量之差。非线性误差、增益误差、失调误差等直接影响D/A转换器的精度 建立时间：输入

9、数字量变化后，输出模拟量稳定到相应数值范围所需的时间，是描述D/A转换速率快慢的参数D/A转换器的转换特性p对n位D/A，输入为n位二进制数字输入信号Din（d1d2 dn），其中di表示数字输入第i位的数码，d1为最高有效位，dn为最低有效位p若D/A转换器的基准电压为UR，则D/A输出电压为p满量程值 满量程值比基准电压小一个LSB电平，n足够大时，UF UR)222(2211RinRonndddUDUUnnniiUUUUU22112RRR1RF12in12222nnDdddD/A转换器结构及原理p集成D/A转换器的基本组成包括基准电压源、电阻解码网络、电子开关阵列和相加运算放大器四部分。

10、为了降低成本，某些D/A转换器只包含解码网络和开关阵列。基准电压源通常是具有温度补偿的稳压二极管。电子开关阵列与D/A转换器的二进制位相对应，每闭合一个电子开关，就增加一个二进制权电流（或电压）量，并加到输出求和总线上。电阻解码网络是D/A转换器的核心，常用的电阻网络有二进制加权电阻网络和R-2R梯形电阻网络。D/A转换器结构及原理1)加权电阻网络电路R334UIdRR222UIdRR12nnnUIdRR11UIdR流过各电阻的电流为多少？流过各电阻的电流为多少？电阻网络参考电压模拟开关输输入入数数字字量量niiiiniidRUdRUI1R11-Ro222R1oo1122niiiU RUI R

11、dR 反相加法电路di=1时，时，si接到接到UR上上D/A转换器结构及原理2）R-2R网络型D/A转换器T型电阻网络参考电压输入数输入数字量字量0 00 0 图中A1，A2，An各节点向右看，对地电阻均等于R；从左到右，各路电路分配规律是IR/2，IR/22，IR/2n满足按权分布要求D/A转换器结构及原理2）R-2R网络型D/A转换器流入每个流入每个2R电阻的电流从高位到低位按电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。的整数倍递减。Ai向右看电阻均为向右看电阻均为R Ai向右看电流平分向右看电流平分12R11oo112nRi12222nniiU RRUI RdddUdRR 由于由于R-2R网

12、络只有两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成网络只有两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成D/A转转换器普遍采用这种电路结构换器普遍采用这种电路结构。6.6.2 模数转换器pA/D转换器的主要类型 双积分式 逐次逼近式 并行比较型1、双积分式A/D转换器p双积分式A/D转换器 电路组成：由电子开关、积分器、过零比较器、控制逻辑电路、二进制计数器（FF0FFn）等几部分组成。#-1-1+1+1电子电子开关开关计数器计数器控制逻辑控制逻辑数据输出数据输出标准时钟标准时钟RCUiUR-URUC-+N过零比较器过零比较器积分器积分器双积分式A/D转换器p预备阶段：计数器清零、积分电容放电使积分

13、器输出为0。p采样脉冲到来时，转换开始，进入定时积分阶段T1 开关S合到Ui一侧，积分器输出端电压从0开始增加，极性与Ui相反，同时启动计数器对时钟脉冲从0开始计数。当达到预定时间T1时，计数器的数值表示为N1，并输出溢出脉冲使计数器复0，该溢出脉冲作用于控制逻辑电路使Ui断开，采样阶段结束。11111 001()()TiCiavUTUTdtUTN TCRRC 01()tiCUUdtCRp定值积分阶段T2 接入与Ui极性相反的基准电压-UR，积分器对其以固定速率反方向积分(放电)，积分器输出从UC(T1)向零电平方向倾斜，同时计数器开始计数，进入比较阶段。当UC下降为0，过零比较器输出端发出关

14、门信号，计数器停止计数，计数值为N2，对应时间间隔T2。392R122101()()()0TRCCiavUTTUUTUTdtUCRRCRC 12RiavTTUU21RiavUNNU双积分式A/D转换器逐次逼近式A/D转换器比较器比较器D/A转换器转换器 逐次逼近逐次逼近 寄寄 存存 器器逻辑控制逻辑控制电电 路路输出缓冲器输出缓冲器输出允许输出允许转换结束转换结束启启动动 时钟时钟UiUsDn-1D0并行比较式 R I VREF VREF 13 15 R CP VREF 11 15 R R R VREF 3 15 VREF 1 15 R R R/2+C1+C2+C3+C4+C5+C6+C7 C

15、01 C02 C03 C04 C05 C06 C07 1D C1 Q I1 1D C1 Q I2 1D C1 Q I3 1D C1 Q I4 1D C1 Q I5 1D C1 Q I6 1D C1 Q I7 D0 D1 D2 优先编码器优先编码器(LSB(MSB)0 VREF/15 3VREF/15 7VREF/15 9VREF/15 11VREF/15 5VREF/15 13VREF/15 寄存器寄存器精密参考电压精密参考电压精密电阻网络精密电阻网络输入模拟电压输入模拟电压电压比较器电压比较器输出数字量输出数字量VI=8VREF/1511110000 0 1-A/D转换器集成A/D集成A/D*感谢聆听*本章结束测控电路教材编写组