06信号转换电路资料讲解

2020/8/11
6.4 采样保持电路
6.4.1 基本原理
• 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。 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。
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6.4 采样保持电路
6.4.2 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。
开关元件
控制电路
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6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关
模拟开关的分类 • 机械触点式：干簧继电器，水银继电器
6.2 电压电流转换电路
6.2.1 电流/电压转换电路
（一）反相输入型
i R1
i is
∞
+
uo
uoi 1 RisR1
is
Rs
+N
R2
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
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6.2 电压电流转换电路
6.2.1 电流/电压转换电路
（二）同相输入型
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6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关
（二）CMOS开关电路
uGP
将P沟道与N沟道MOSFET并联
Ron Ron(P)
Ron(N)
ui
+E
uo
-E
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uGN a）CMOS开关
Ron(C)
O
ui
b）Ron- ui特性
6.4 采样保持电路
巡回采样：8路输入、1路输出
及机械振子继电器等。 动作时间长、体积大、耗蚀 • 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
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6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关
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、最大开关电流和驱动功耗等。
R2
R3
∞ -
R1 ui R4
+ +N
uo
i
uo
iR11
R2 R3
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6.2 电压电流转换电路
6.2.2 电压/电流转换电路
uN1
R3 R1 R3
ui
+E
uN2
R1 R1 R3
ioRL
ui Ub
R1
uN
-
∞
+ uP + N R2
R6 R5
V1
R4
V2
uP1R2R2R4io(RLR7)
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6.3 电压频率转换电路
6.3.2 f/V转换电路
• 许多频率解调电路都属于f/V 转换电路
单稳态
低通
ui
触发器 Uˊs 滤波器 uo
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6.3 电压频率转换电路 每输入一个脉冲，is对CL充电一次
6.3.1 f/V转换电路
充电时间等于Ct电压uCt从零上升 到U- =2U/3所需时间
• 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 , 理想模拟 开关时Ton→0，Toff→0
数字开关主要要求动态特性
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6.4 采样保持电路
6.4.2 模拟开关
（一）N沟道增强型MOSFET开关电路
Ron
ui
S BD
uo
G
uc
O
ui
优点：Roff~1013 不足：Ron随ui增大而增大
R4R7+RL
R3
R7
uP
2
R2 R2 R4
Ub
R1=R2，R3=R4
RL
io
io
R4 R2R7
ui
Ub
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6.2 电压电流转换电路
6.2.2 电压/电流转换电路
• 要求： （1）输出电流只与输入电压有关，与负载基本无关； （2）能够输出所需较大电流。
ui
RL
io
输出电流不仅与输入电压 有关，而且与负载有关
采样保持电路是一种时间上离散化电路。
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6.4 采样保持电路
∞
6.4.1 基本原理
∞
-
S
+
-
+
uo
+
• 采样保持电路
ui
+ N1
C UC
的基本组成：
（1）模拟开关
ui, uo
a）S/H电路原理
uo
f(t)
（2）模拟信号存
O
t
储电容
UC
（3）缓冲放大器
O
Ts
t
b）模拟信号采样
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6.4.2 模拟开关
1路输入、8路输出
（三）模拟多路开关电路
输入/输出
+E
7 6 54 3 2 10
16
4 2 5 1 12 15 14 13
A 11
逻
B
10
辑 电
8 选
平
1
转
译
C
9换 电
码 电
路
路
INH 6
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8
7
-E11
-E2
S1 S2 S3 S4 S5 3 输出/输入 S6 S7 S8
集成f/V转换器 U U(1e-t/T) t1R tC tln 31.1R tC t
QS
来自百度文库
Ist1
1.9
t1 Rs
QR
iLTi
uo RL
Ti
Q s
uo1.T9it1R RL s 2.09R RL s RtCt fi
+U
8
Rd
R1
ui
Cd u6 U7
6 7
- 输入 + 比较器 U1
Rt
R2
R
U-
- 定时
Ct u5
5
比较器 +
U2
2R
3
S1
2
V1
RS
Is
Q
S RS R触发器
S1
Q
1
RL
V2
4
uo CL
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6.4 采样保持电路
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 。
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R
RL
ui
RRL
io
不能输出所需较大电路
6.3 电压频率转换电路
6.3.1 V/f 转换电路
(一）积分复原型
复原开关
V
R3
R1 ui
积分器
R2
C
∞ -
+ + N1
uC
R4
∞
-
uP
+ + N2
R9
R8 uo
R5
R6
VS2
R7
VS3
-E
-U 比较器 VS1
ui越高uC越快达到uP电平，比较器翻转越快
6.4 采样保持电路
6.4.1 基本原理
• 对采样保持电路的 主要要求：
精度和速度，充 电快、放电慢
导通电阻、截止电 阻、延迟时间
• 为提高实际电路的 精度和速度，需同
∞
-
+
ui
+ N1
∞
-
S
+
+
C UC
时从元件和电路两 方面着手解决。
uo
带宽，上升速 率、最大输出 电流和漂移
漏电流
输入阻抗、上升速 率、漂移