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1、信号转换电路第一节 采样保持电路信号转换电路从信息形态变化的观点将各种转换分为三种 ： 从自然界物理量到电量的转换 电量之间的转换 从电量到物理量的转换采样保持电路 基本性质捕捉时间：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。第一节 采样保持电路采样保持电路的基本性 质 组成： 模拟开关 模拟信号存储电容 缓冲放大器第一节 采样保持电路第一节 采样保持电路fsfminfsfm
2、in采样保持电路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。元件性能的影响和要求 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 输出电流等性能参数 。元件性能的影响和要求 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。控制电路开关元件元件性能的影响和要求 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 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
3、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RL*Ix决定。元件性能的影响和要求 模拟开关的分类（电压和电流开关）元件性能的影响和要求 模拟开关的分类（电压和电流开关）元件性能的影响和要求 模拟开关的分类按切换的对象使用的元件：机械触点式和电子式开 关机械触点式：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。元件性能的影响和要求 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。
4、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, 理想模拟开关时Ton0，Toff0元件性能的影响和要求 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 通电阻和反向漏电流等参数都应小。模拟开关 增强型MOSFET开关电路（绝缘栅型）模拟开关 CMOS开关电路集成模拟开关 CMOS开关电路多路模拟开关元件性能的影响和要求 存储电容选用介质吸附效应小和泄漏电阻大的电容器，如聚苯乙 烯，钽电容和聚碳酸脂电容器等。(原因：当电路从采样 转到保持，介质的吸附效应会使电容器上的电压下降
5、， 被保持的电压低于采样转保持瞬间的输入电压，峰值检 波器复位时，电容放电，介质吸附效应会使放电后的电 容电压回升，引起小信号峰值的检波误差。电容器的泄 漏电阻引起电容上的保持电压随时间逐渐减小，降低保 持精度）什么是电容的吸附效应？在实际电容器中，电容器介质 的偶极子及其界面极化的形成 和消失都不可能瞬时实现，往 往需要一定的时间，因而使电 介质常数随信号频率和环境温 度变化，不能似为常数 实际电容器的仿真模型如右图 所示，图中C为理想电容值， R0为电容器的泄漏电阻，其 余的阻容网络为则为介质吸附 效应的仿真。什么是电容的吸附效应？实验分析表明，阻容电路的时 间常数相差很大，可从几十毫 秒
6、到几十秒。 （1）T充电时间MAX(T阻容电路)切断充电（2）T充电时间MAX(T阻容电路 )切断电源将电容器短路，且T短路时间（35） MAX(T阻容电路). 总结从元件方面来看，提高精度的重要措施是减小各种漏电流和偏置电流，选用介质吸 附效应小的电容器，减小开关导通电阻等 的影响。提高工作速度的措施是提高开关 速度，减小开关极间电容的影响，选用上 升速率和输出电流大的运算放大器。精度提高的方法（电路）（1）模拟开关漏电流 的旁路精度提高的方法（电路）（2）电容校正方法精度提高的方法（电路）（2）电容校正方法的矛盾精度 速度提高速度的方法（电路）减少反馈回路中的时间常数数目来提高速度单片集成
7、采样保持电路总结 模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小， 漏电流小，极间电容小和切换速度快。 存储电容：要选用介质吸附效应小的和泄 漏电阻大的电容。 运算放大器：选用输入偏置电流小、带宽 宽及转换速率（上升速率）大的运算放大 器；输入运放还应具有大的输出电流 信号转换电路(二)电压比较电路 电压频率转换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
8、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。电压比较电路一 电平比较电路（单 阈值比较器）（a）差动比较电路电压比较电路一 电平比较电路 （ b）求和比较电路（ 阈值可变）优点：阈值可变缺点：振零现象电压比较电路二 滞回比较电路（正反馈阈值） 两个阈值：单方向单阈值电压比较电路三 窗口比较电路单方向多个阈值电压频率转换电路 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
9、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电压频率转换电路 积分复原型组成：积分器、比较器和积分复原开关等电压频率转换电路 电荷平衡型电压频率转换电路 电荷平衡型电压频率转换电路 集成V/F转换器电压频率转换电路 集成V/F转换器f/V转换电路 通用f/V 转换电路包括三个部分：电平比较器，单稳态触发器和彽通滤波器f/V转换电路Tw 0V 0V u2 uN uP Um UH UL 66 RRRE+UH 0
10、V 0V 0V ui u1 u2 UZ （扩展） 单稳态触发器的工作特点：具有一个稳态和一个暂稳态两种工作状态。 在外加触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳 态。在暂稳态维持一定时间后，再自动返回稳 态。 暂稳态维持时间的长短取决于电路的参数。 单稳态触发器的应用单稳态触发器是一种脉冲整形电路，多用于脉冲波形的 整形、延时和定时。1. 脉冲整形：对于幅度和宽度都不规则的脉冲信号， 只要这些脉冲的幅度都大于单稳态触发器的触发电平， 则经过单稳态触发器可以将不规则的脉冲波形变成幅度 和宽度都相同的脉冲波形。2. 用于定时：利用单稳态触发器暂稳态期间输出的高 、低电平去控制某个电路定时工作。3. 用于
11、延时利用单稳态触发器暂稳态期间输出的 高电平去控制与门的开3. 延时：在一个脉冲信号到达后，延迟一段时间再产生 一个脉冲，以控制两个相继进行的操作。延时脉冲形成f/V转换电路集成f/V转换器 稳态：Q=0 暂稳态：Q=1 暂稳态持续时间 由Rt, Ct充电时间 决定。暂稳态时， IS对RL,CL 充电信号转换电路模拟数字转换电路AD转换电路和DA转换电路的基础理解定义和内容 1 分辨率：对应一个数字输出的模拟输入电 压有一定的幅度范围，若超过这个幅度范 围，数字输出就会发生变化，这样能分别 的电压范围叫做分辨率。通常用LSB（ Least Significant Bit)表示。AD转换电路和D
12、A转换电路的基础理解定义和内容 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。AD转换电路和DA转换电路的基础理解定义和内容 2 量化和量化误差：AD转换电路和DA转换电路的基础理解定义和内容 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。AD转换器A/D转换器的基本原理 1 双积分
13、式A/D转换器AD转换器A/D转换器的基本原理 2 逐次逼进式A/D转换器AD转换器A/D转换器的基本原理 3 并行比较式A/D转换器AD转换器集成A/D转换器ADC0809AD转换器集成A/D转换器ADC0809DA转换器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*DinDA转换器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， 电阻解码网络，电子开 关阵列和相加运算放大 器四部分组成。1 加权电阻网络电路DA转换器D/A转换器结构及原理1 R-2R梯形电阻网络DA转换器集成D/A转换器AD-DA转换器实例仿真有一模数数模转换电路如图，试根据不同转换频率， 仿真该电路 REF1=REF2=10V In 10sin4t1E9A/D-D/A 仿真（采样频率 100Hz)A/D-D/A 仿真（采样频率 500Hz)
