信号转换电路

LOGO测控电路第六章信号转换电路第6章信号转换电路第6章信号转换电路LOGO测控电路第六章信号转换电路模拟开关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。该开关由开关元件和控制（驱动）电路两部分组成。制（驱动）电路两部分组成。开关元件控制电路LOGO测控电路第六章信号转换电路模拟开关的分类按切换的对象分：电压和电流开关电压模拟开关的特点是：当开关断开时，跨于它两电压模拟开关的特点是：当开关断开时，跨于它两端的电压总与被换接的电压Vx有关，而且通过开关的电流则与负载RL有关。电流模拟开关的特点是：不管负载电阻RL的大小如何，电流模拟开关的特点是：不管负载电阻RL的大小如何，流过开关的电流总是和被换接的电流Ix相等，而且换接的电压则由R*I决定。的电压则由RL*Ix决定。LOGO测控电路第六章信号转换电路模拟开关的分类（电压和电流开关）∞∞LOGO测控电路第六章信号转换电路按切换的对象使用的元件：机械触点式和电子式开关1.机械触点式：干簧继电器，水银继电器及机械振子继电器等。电器等。2.电子式开关：二极管、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。LOGO测控电路第六章信号转换电路模拟开关的性能参数静态特性：主要指开关导通和断开时输入端与输出端之间的电阻Ron和Roff,此外还有最大开关电压、最端之间的电阻Ron和Roff,此外还有最大开关电压、最大开关电流和驱动功耗等。动态特性：开关动作延迟时间，包括开关导通延迟时间Ton和开关截止延迟时间Toff,通常TonToff,理时间Ton和开关截止延迟时间Toff,通常TonToff,理想模拟开关时Ton→0，Toff→0LOGO测控电路第六章信号转换电路模拟开关的性能参数为了得到高质量的采样保持电路，场效应模拟开关的速度应快，极间电容，夹断电压或开启电压，导关的速度应快，极间电容，夹断电压或开启电压，导通电阻和反向漏电流等参数都应小。LOGO测控电路第六章信号转换电路™增强型MOSFET开关电路（绝缘栅型）DBSiSBDiRonGuiuoGuiuoGucb)uca)uioOuib)a)LOGO测控电路第六章信号转换电路CMOS开关电路uGPRonRon(N)Ron(P)uiuo+E-ERon(C)uGNuiouiOa)b)LOGO测控电路第六章信号转换电路集成模拟开关电路ui+V3V4V3V4V2ucEuoDG11V3411uV1V5+E图6-6含辅助电路的CMOS开关-ED21DG2-ELOGO测控电路第六章信号转换电路多路模拟开关023567输入/输出+E13141512152416S114AB逻辑电8选11110S2S3S4C输出/输入平转换电路1译码电路96INHS5S6S7687INHS8-E1-E2图6-7CD4051原理图LOGO测控电路第六章信号转换电路6.2采样保持电路™基本性质()⎧tui采样期()()⎩⎨⎧=）为发出保持命令的时刻保持期(t000tutuuii采样期捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，直到输出信号稳定地跟踪上输入信号为止，所需的时间定义为捕捉时间关断时间：从发出保持指令地时刻起，直到输出信号稳定下来为止，所需的时间定义为关断时间。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。LOGO测控电路第六章信号转换电路采样保持电路的基本性质组成：组成：1.模拟开关2.模拟信号存储电容2.模拟信号存储电容3.缓冲放大器S∞∞-+SuouiC-++N1++N2UcLOGO测控电路第六章信号转换电路a)ui,uouof(t)Of(t)Otfs(t)OtTsLOGO测控电路第六章信号转换电路F(f)fOfminfmaxa)fs＋fminE0E1E2OFs(f)b)Ofs2fsfF(f)*Fs(f)Ofminfmaxfs-fmaxfs+fmaxfs2fsffs－fminLOGO测控电路第六章信号转换电路对采样保持电路的主要要求：对采样保持电路的主要要求：精度和速度为提高实际电路的精度和速度，可从元件和电路两方面着手解决。面着手解决。LOGO测控电路第六章信号转换电路输入输出缓冲器特别需注意的参数：输入偏置电流以及带宽，上升速率和最大输出电以及带宽，上升速率和最大输出电流等性能参数。∞∞-SuouiC∞-++N1++N2UcLOGO测控电路第六章信号转换电路单片集成采样保持电路：（1）参数：（1）参数：捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，直到输出值达到规定的误差范围内所需的时间。（表明跟踪能力）定的误差范围内所需的时间。（表明跟踪能力）孔径时间：从指令发出时刻骑，直到开关真正断开为止所需时间。（表明采样响应能力）下垂率：由于电荷泄漏所引起的输出电压的变化率。（要求放大器偏置电流小）（2）常用：ad582含有采样保持的ads7824、max122LOGO测控电路第六章信号转换电路比较器用通用运算放大器和专用集成比较器的区别：6.36.3电压比较电路电压比较电路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响应时间，它一般低于10-20ns。响应时间与放大器的上升速率和增益-带宽积有关。因此，必须选用响应时间与放大器的上升速率和增益-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。（2）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，但对通用运算放大器而言，必须对输出电压采取嵌位措施，使它的高，彽输出电位满足数字电路逻辑电平的要求。LOGO测控电路第六章信号转换电路1.电平比较电路（单阈值比较器）（a）差动比较电路（a）差动比较电路LOGO测控电路第六章信号转换电路（b）求和比较电路（阈值可（b）求和比较电路（阈值可变）R优点：阈值可变VRRVR21−=优点：阈值可变缺点：振零现象LOGO测控电路第六章信号转换电路2.滞回比较电路（正反馈阈值）两个阈值：两个阈值：LOGO测控电路第六章信号转换电路3.窗口比较电路LOGO测控电路第六章信号转换电路1.V/f转换器6.4电压频率转换电路1.V/f转换器定义：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，锁相和A/D变换等许多技术领域得到非常广泛的应应用：在调频，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LOGO测控电路第六章信号转换电路™积分复原型组成：积分器、比较器和积分复原开关等LOGO测控电路第六章信号转换电路™电荷平衡型Ifu10Etusc1usc200Emt－Emusc30ttI10tIjLOGO测控电路第六章信号转换电路™电荷平衡型LOGO测控电路第六章信号转换电路™集成V/F转换器LOGO测控电路第六章信号转换电路™集成V/F转换器LOGO测控电路第六章信号转换电路™通用f/V转换电路1.f/V转换器包括三个部分：电平比较器，单稳态触发器和低通滤波器Tw0Vu2Um0Vui（扩展）0VuNUHULUH0Vu1U（扩展）uP66RRRE+UH0Vu2UZLOGO测控电路第六章信号转换电路2.集成f/V转换器稳态：Q=0暂稳态：Q=1暂稳态持续时间暂稳态时，IS对RL,CL暂稳态持续时间由Rt,Ct充电时间决定。IS对RL,CL充电＃＃LOGO测控电路第六章信号转换电路AD转换电路和DA转换电路的基础6.5AD转换电路和DA转换电路的基础AD转换电路和DA转换电路的基础1.基本概念(1)分辨率：(1)分辨率：分辨率是指当输入数字发生单位变化时，所对应输出模拟量（电压或电流）的变化量。若超过这个幅度范围，数字输出就会发生变化。通常用LSB（LeastSignificantBit)表示。LOGO测控电路第六章信号转换电路(2)量化和量化误差：将幅度连续取值的模拟信号变为只能取有限个某一最小当量将幅度连续取值的模拟信号变为只能取有限个某一最小当量的整数倍数值的过程称为量化。通过量化将连续量转换成离散量，必然存在类似于四舍五入通过量化将连续量转换成离散量，必然存在类似于四舍五入产生的误差，最大误差可达到1LSB的1/2。此误差叫做量化误差。f(t)F8F6F5F4F3F2567f1(t)567'2F'3F'4F'5F'F'8FtF8F6F101234F7Ot01234对应编码'1F6F'7Fa)tOb)t011101111111110100011101对应编码LOGO测控电路第六章信号转换电路(3)精度：理想的ADC是指不含量化误差以外的误差，但实际上由于使用理想的ADC是指不含量化误差以外的误差，但实际上由于使用的元件和噪声等产生各种误差。精度是表示所含误差的比例，用刻度的百分比或PPM表示。精度分为绝对精度和相对精度。LOGO测控电路第六章信号转换电路2.AD转换器A/D转换器的基本原理A/D转换器的基本原理（1）双积分式A/D转换器电子RCUiUR∞-UCUi1Ui2#-1+1开关UR-URUC++NT1tO'2T''2T计数器控制逻辑数据输出标准时钟b)LOGO测控电路第六章信号转换电路（2）逐次逼进式A/D转换器比较器D/A转换器输出缓冲UiUS逐次逼近逻辑控制冲器启动UiDn-1D0…逐次逼近寄存器逻辑控制电路输出允许转换结束启动时钟输出允许转换结束时钟LOGO测控电路第六章信号转换电路（3）并行比较式A/D转换器+1#-1+1#N3d13UR/4-1+1#N2≥1&1Uid0UR/2N1-1+1#UR/4LOGO测控电路第六章信号转换电路集成A/D转换器ADC0809启动STARTCLK8路模拟IN78路模拟控制逻辑与时序启动STARTCLKEOC转换结束W模拟开关模拟量输入-1+1SAR8位数据输出三态输出锁存缓冲器D0#IN0WR…地址锁存与译码ADDAADDBADDCALE3位地址线地址锁缓冲器D7开关树译码ALE存允许OE输出允许REF(+)REF(-)GNDUCCa)LOGO测控电路第六章信号转换电路集成A/D转换器ADC0809STARTP0.7P27RD?/#ADC0809D7≥1P0.0P0.1P0.2P2.7WR0INTALEOEEOCD0ADDC1≥1………四分频ui7ALE+5VCLKUCCREF(+)ADDCADDBADDAIN7GNDui0REF(–)IN0………b)LOGO测控电路第六章信号转换电路3.D/A转换器(1)D/A转换器的转换特性对n位D/A转换器，设其输入是n位二进制数字输入信号Din(d1,…dn),Din=d1x2-1+…+dnx2-n如果D/A转换器的基准电压位UR,则理想D/A转换器的输出电压U0可表示为U0=UR*DinLOGO测控电路第六章信号转换电路(2)D/A转换器结构及原理单片D/A转换器的基本组成包括基准电压源，电阻解码单片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组成。a.加权电阻网络电路RI1Sd2RS1d1R∞-I1I2IoR1AuoS2d24R2n1RS3d3++NI3I……AURdnSn2n-1RIn…LOGO测控电路第六章信号转换电路b.R-2R梯形电阻网络URRRA1RIRIRIRIRIRRIIRIRRIA2A3An-1AnS1S2S32R8R422R2R2R4R1R2−nn2Rn2R12−n2R2R2RSn-1SnR11010101010∞UoIo1000010∞-++Nd1d2d3(MSB)dn-1dn(LSB)LOGO测控电路第六章信号转换电路(c)集成D/A转换器UREFI1Io2DI11DI