06_信号转换电路解读.ppt

6. 信号转换电路 刘建娟 电气工程学院测控系 电子邮件：liujuanhaut@haut.edu.cn 电话* 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 6.1 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，它仅适用于传送逻辑电平。 要求信号通过模拟开关后，输出电压与输入电压基本相同，而通过数字开关后输出信号可能与输入信号相同，也可能不同。 6.1 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：控制端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：控制信号改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。 常用的模拟开关元件包括二极管开关、双极性晶体管开关、结型场效应晶体管开关、MOS型场效应晶体管开关等。 用增强型MOSFET构成的电子模拟开关，尽管导通特性并不是最佳的，但由于其易于集成化、尺寸小、极间泄露电流非常小，在测控电路中仍得到了广泛的应用。 S B D G ui uo uc Ron ui O 优点：Roff~1013? 一、N沟道增强型MOSFET开关电路 不足：Ron随ui增大而增大 6.1.2 增强型MOSFET开关电路 6.1 模拟开关 b）Ron- ui特性 Ron Ron(C) Ron(N) Ron(P) ui O uGP ui uo uGN +E -E a）CMOS开关 将P沟道与N沟道MOSFET并联 二、CMOS开关电路 6.1.2增强型MOSFET开关电路 6.1 模拟开关 输出/输入 A B C +E 0 1 2 3 4 5 6 7 输入/输出 -E1 -E2 逻辑电平转换电路 8选1译码电路 13 14 15 12 1 5 2 4 16 11 10 9 6 8 7 3 INH S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 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 采样/保持（S/H）电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，根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结束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 6.2.1 基本原理 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 uo a）S/H电路原理 ∞ - + + N1 ∞ - + + ui S UC C 6.2 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： 捕捉时间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。 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。 -1 +1 # ui Uo UR uiUR ui Uo UR O uiUR a）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 * 6.3.1 电平比较电路 -1 +1 # ui Uo UR uiUR ui Uo UR O uiUR a）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