06-信号转换电路解析

2023/11/30

6.信号转换电路刘建娟、孙红鸽

电气工程学院测控系电子邮件：：1模拟开关采样保持电路电压比较电路电压频率转换电路6.信号转换电路电压电流转换电路2023/11/3026.1模拟开关模拟开关模拟开关是在电路中用于实现模拟信号通与断的电子开关器件，它的作用类似于机械式转换开关，信号电流从输入端流到输出端，其信号传送方向可以是双向的。除了模拟开关还有数字开关，它用于数据选择器等数字电路，它仅适用于传送规律电平。留意：要求信号通过模拟开关后，输出电压与输入电压根本一样，而通过数字开关后输出信号可能与输入信号一样，也可能不同。2023/11/3036.1模拟开关6.1.1模拟开关及其主要参数模拟开关通常有三个端子：把握端C、信号输入端I及输出端O。I/O可以互换的为“双向开关”。模拟开关主要参数：导通电阻Ron：开关闭合时所呈现的电阻；截止电阻Roff：开关断开时所呈现的电阻；电荷注入：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；延迟时间：把握信号转变时对应产生的输出延迟时间，它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。2023/11/304常用的模拟开关元件包括二极管开关、双极型晶体管开关、结型场效应晶体管开关〔JFET〕、MOS型场效应晶体管〔MOSFET〕开关等。用增加型MOSFET构成的电子模拟开关，尽管导通特性并不是最正确的，但由于其易于集成化、尺寸小、极间泄露电流特殊小，在测控电路中仍得到了广泛的应用。6.1.1模拟开关及其主要参数6.1模拟开关2023/11/305SBDGuiuoucRonuiO优点：Roff~1013

一、N沟道增加型MOSFET开关电路缺乏：Ron随ui增大而增大6.1.2增加型MOSFET开关电路6.1模拟开关

2023/11/306b）Ron-ui特性RonRon(C)Ron(N)Ron(P)uiOuGPuiuouGN+E-Ea）CMOS开关将P沟道与N沟道MOSFET并联二、CMOS开关电路

增加型MOSFET开关电路6.1模拟开关

2023/11/307输出/输入ABC+E01234567输入/输出-E1-E2逻辑电平转换电路8选1译码电路13141512152416111096873INHS1S2S3S4S5S6S7S8巡回采样：8路输入、1路输出

1路输入、8路输出6.1.3模拟多路开关电路6.1模拟开关

2023/11/308采样/保持〔S/H〕电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，依据需要保持并输出采集的电压数值的功能。在“采样”状态下，电路的输出跟踪模拟信号；转为“保持”状态后，电路的输出保持采样完毕时刻的瞬时模拟输入信号，直至进入下一次采样状态为止。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展同时采样。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2023/11/3096.2采样保持电路6.2.1根本原理采样保持电路的根本组成：〔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∞-++N1∞-++uiSUCCUo、uiuCtt采样定理2023/11/30106.2采样保持电路6.2.2性能指标采样保持电路的主要性能指标：捕获时间TAC：当采样/保持电路从保持状态转到采样状态时，电路的输出从保持值过渡到重新跟踪输入值所需的时间。跟踪性能的标志。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。切断力气的标志。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。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。2023/11/30112023/11/30-1+1#uiUoURui<URuiUoUROui>URa）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-开关信号转换器。6.3电压比较电路输入信号：模拟信号输出信号：数字信号122023/11/306.3.1电平比较电路-1+1#uiUoURui<URuiUoUROui>URa）电压比较器符号b）电压比较器特性6.3电压比较电路一、差动型电平比较电路132023/11/30

优点：阈值可变缺点：振铃现象URuiun电平比较器的“振铃”现象Uo6.3.1电平比较电路6.3电压比较电路二、求和型电平比较电路Uo∞-++uiUR1R2RΣ求和型比较电路142023/11/30不同方向变化不同阈值a)电路原理图b)传输特性uiUoU1OU2-1+1#uiUoURRR2R16.3.2滞回比较电路6.3电压比较电路152023/11/3016a)电路原理图b)传输特性uiUoU1OU2-1+1#uiUoURRR2R16.3.2滞回比较电路6.3电压比较电路ui由小到大，当ui很小时输出为“1”假设“1”对应的电压为uoH，则此时UPui由大到小，当ui很大时输出为“0”假设“0”对应的电压为uoL，则此时2023/11/30单方向多个阈值ui“1”“0”O

UUR2UR1Uo-1+1#

&-1+1#uiVSR1RPR2Uo1Uo2UoUZN2N1UR2UR1E6.3.3窗口比较电路6.3电压比较电路172023/11/30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，故又称为电压把握(压控)振荡器(VCO)。应用：由于频率信号抗干扰性好，便于隔离、远距离传输，也可以调制，因此，V/f在调频、调相、模/数

转换器、远距离遥测遥控设备中得到特殊广泛的应用。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。6.4电压频率转换电路6.4.1V/f转换器182023/11/30OU1U2uoT1T2tuCU2U1ttOOuPV∞-++N2-ER3R4R5R6R7R8R9uCuPVS1VS2VS3uo-U∞-++N1R2uiR1C积分器复原开关比较器一、积分复原式V/f转换电路6.4电压频率转换电路6.4.1V/f转换器192023/11/30uot1tuCtOOt0uo∞-++N1∞-++N2SuiRIS单稳定时器uCiURC〔1〕线性好；〔2〕易于集成二、电荷平衡式V/f转换电路6.4电压频率转换电路6.4.1V/f转换器20很多频率解调电路都属于f/V转换电路6.4电压频率转换电路6.4.2f/V转换器2023/11/3021R1∞-++NuoR2Rsisi要求电流源is的内阻Rs必需很大，is需远大于运算放大器偏置电流。一、反相输入型6.5电压电流转换电路6.5.1I/V转换器2023/11/3022R2∞-++NuoR1R3R4iui二、同相输入型6.5电压电流转换电路6.5.1I/V转换器2023/11/3023R1确定后可以更加i和uo确定R2和R3的值。例如：0~10mA的输入直流电流转换成0~5V的电压，并取R1=250Ω，则R2、R3、R4该如何取？要求：〔1〕输出电流只与输入电压有关，与负载根本无关；〔2〕能够输出所需较大电流。RLuiio输出电流不仅与输入电压有关，而且与负载有关不能输出所需较大电流ioRLuiRR

RL

6.5电压电流转换电路6.5.