信号转换电路
信号转换电路
• CMOS开关电路
uGP
+E
ui
-E
uo
uGN a)
Ron Ron(P)
Ron(N)
Ron(C)
O
o
uiui
b)
集成模拟开关
• CMOS开关电路
u 1 1
uc DcG1
ui
V4 + E
V5
V3
V4
V2
V3
+
E
uo
1
V1
DG1D2 2
--E
图 6-6 含辅助电路的 CMOS 开关电路
多路模拟开关
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
∞
-
S
+
-
+
+ N2
uo
输出电流等性能参数。 ui
+ N1
C
Uc
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。
b) Ron1
R1
C1
∞ -
+ + N2
C
uo uo
精度提高的方法（电路）
（2）电容校正方法的矛盾
精度 《》 速度
Ron2
C1
∞
∞
-
-
Ron
+
+
uo
+ N2
mic差分转单端电路
mic差分转单端电路
将MIC（麦克风）的差分信号转换为单端电路通常需要使用差
分放大器和一些额外的电路。
差分信号是由两个相互对立的信号组
成的，而单端信号只包含一个信号。
首先，我们需要使用差分放大器来放大MIC的差分信号。
差分
放大器可以将两个输入信号进行放大，并且可以抑制共模噪声。
一
般来说，差分放大器的输出会是一个差分信号。
接下来，我们需要使用一个转换电路来将差分信号转换为单端
信号。
这可以通过使用差分到单端转换器来实现。
这个转换器可以
将差分信号的两个输出进行适当的处理，以得到一个单端输出信号。
另外，为了确保信号质量，我们可能需要添加一些滤波器和隔
离器来处理信号。
滤波器可以去除一些不需要的频率成分，而隔离
器可以帮助我们隔离一些干扰信号。
在设计和实现这样的电路时，需要考虑到MIC的工作特性、信
号的频率范围、电路的输入和输出阻抗匹配等因素。
另外，还需要
考虑到电路的稳定性、噪声抑制能力和功耗等方面的问题。
总的来说，将MIC的差分信号转换为单端电路需要使用差分放
大器和转换电路，并可能需要添加一些滤波器和隔离器来处理信号。
在设计和实现这样的电路时，需要考虑到多个因素，以确保电路的
性能和稳定性。
第八章 脉冲产生与信号变换电路 第三节数字-模拟转换器
脉冲产生与信号变换电路
8.3.4 DAC的主要技术指标
8.3.4.1 分辨率
分辨率是指DAC的最小输出电压ULSB与最大输出电压UM的 比值，说明DAC分辨最小电压的能力。所谓最小输出电压是 指当输入数字量仅最低位为1时的输出电压，而最大输出电 压是指当输入数字量各有效位全为1时的输出电压。
分辨率＝ULSB / UM = 1/（2n-1） 当UM一定时，输入数字代码的位数越多，则分辨率越高， 分辨能力就越高。
推广到n位DAC时，输出模拟量与输入数字量之间的关系 为：
uo
U REF 2n
(2n1 Dn1
2n2 Dn2
21 D1 20 D0 )
脉冲产生与信号变换电路
由于倒T型电阻网络DAC中各支路电流直接流入了运算放 大器的输入端，相互之间不存在传输时间差，因而提高了转 换速度并减小了输出端可能出现的尖峰脉冲。另外，电阻网 络中的电子开关在切换时，流过开关的电流是恒定的，开关 两端的电压很小，所需的驱动电压也很小，并且切换时产生 的瞬态电压也很小，这也有利于提高转换速度和减小尖峰脉 冲。因此，在集成DAC中，多数采用倒置T型电阻开关网络。
(23
22
21 20 )
脉冲产生与信号变换电路
对于任意一组输入数字量D3D2D1D0，则有：
I
U REF R • 24
(23 D3
22 D2
21 D1
20 D0 )
经运算放大器反相比例运算后，得到输出模拟电压为：
uoΒιβλιοθήκη I•RUREF 24
(23 D3
22 D2
21 D1
20 D0 )
当D3D2D1D0 = 0001时，在∑点形成的电流和电压分量分
计算机脉冲与信号转换电路
阻Rf的电流为
If
I
5 2R
由此可以得到对应输入数字量1000的模拟量输出电压是：
UO
I f Rf
5 2R 5V 2R
2. 输入D3D2D1D0=0100时的情况 此时，图8.10所示电路可简化成图8.12。
图8.12 输入数字量为0100时的情况
流过电阻Rf的电流为
If
I
2.5 2R
根据电阻网络结构的不同，D/A转换器有很多不同的类型， 如权电阻D/A转换器、R-2R T型电阻网络D/A转换器、R-2R 倒 T型电阻网络D/A转换器等。在这里主要介绍R-2R倒T型电阻网 络D/A转换器。
图8.10给出了R-2R倒T型电阻网络D/A转换器的原理图。该 转换器输入数字量与输出模拟量之间的关系，可以用在该转换 器的输入端分别输入数字量1000、0100、0010、和0001，然后 计算出对应各个数字量的模拟量的方法获得。
(a)
(b)
图8.1 各种脉冲波形
图8.2 简单的脉冲产生电路
脉冲信号是一种模拟信号，产生与变换各种脉冲波形的模拟电路
称为脉冲电路。图8.2(a)是一个简单的脉冲产生电路。假设开关S开始
是接通的，则通过反复断开和接通开关S，在R2上即可得到图8.2(b)所 示的电压波形变化。
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● 8.1.2 脉冲波形的主要参数
图8.8给出了一个典型的计算机处理系统的框图。
图8.8 计算机处理系统框图
本节主要介绍数模转换的基本原理、常见的典型电路以及DAC的 主要参数。模数转换的基本原理、常见的典型电路以及DAC的主要参 数将下一节介绍。
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● 8.3.1 数模转换器原理
数模转换器的结构如图8.9所示，它由数码锁存器、电子开关、电 阻网络及求和电路组成。
如何使用电路实现信号变换
如何使用电路实现信号变换信号变换在电子技术中起着重要的作用，它可以将一个信号的特性转换为另一个信号，并且常常用于信号处理、通信以及控制系统中。
在这篇文章中，我们将讨论如何使用电路实现信号变换，以及一些常见的信号变换电路。
一、基本概念在开始之前，我们首先需要了解一些基本概念。
信号变换可以分为模拟信号变换和数字信号变换两种。
模拟信号变换是指将连续时间的模拟信号转换为具有不同特性的模拟信号，而数字信号变换则是指将连续时间的模拟信号转换为离散时间的数字信号。
在信号变换的过程中，常用到的电路有放大器、滤波器、模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）等。
接下来，我们将分别介绍这些电路的作用以及实现信号变换的具体原理。
二、放大器放大器是常用于信号变换的电路之一。
它可以将输入信号的幅度放大到所需的输出幅度，同时保持输入信号的形状不变。
放大器的放大倍数可以通过调整电路元件的参数来实现。
在电路中，放大器有很多种类，比如操作放大器（Op-Amp）、功率放大器等。
每种放大器都适用于不同的信号变换需求，选择正确的放大器可以保证输出信号的准确性和稳定性。
三、滤波器滤波器是另一种常用的信号变换电路。
它可以通过选择特定的频率范围，使得输入信号中的某些频率成分通过，而其他频率成分则被抑制。
滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
低通滤波器可以通过滤除高频信号，保留低频信号；高通滤波器则是滤除低频信号，保留高频信号。
带通滤波器允许某个特定频率范围内的信号通过，而带阻滤波器则剔除某个特定频率范围内的信号。
滤波器可以应用于音频处理、无线通信、图像处理等领域，通过选择合适的滤波器类型和参数，可以实现不同类型的信号变换。
四、模数转换器（ADC）模数转换器（ADC）是一种将模拟信号转换为数字信号的电路。
它将连续时间的模拟信号按照一定的采样频率进行采样，并将采样值用二进制表示。
ADC的工作原理是先将模拟信号经过采样保持电路转换为连续时间的离散信号，然后经过量化和编码，将离散信号转换为二进制码。
ttl转can电路
ttl转can电路（原创版）目录1.TTL 和 CAN 电路的概念2.TTL 转 CAN 电路的作用和需求3.TTL 转 CAN 电路的设计和实现4.TTL 转 CAN 电路的应用场景5.TTL 转 CAN 电路的优缺点正文1.TTL 和 CAN 电路的概念TTL（Transistor-Transistor Logic，晶体管 - 晶体管逻辑）是一种数字电子电路，常用于构建数字计算机和其他数字电子设备。
TTL 电路中的逻辑门和触发器都是由晶体管构成的，因此得名。
CAN（Controller Area Network，控制器局域网）是一种串行通信总线，主要用于汽车电子设备和工业自动化领域。
CAN 总线具有多主控制器、高噪声抗干扰性和高传输速率等特点。
2.TTL 转 CAN 电路的作用和需求TTL 转 CAN 电路是一种将 TTL 信号转换为 CAN 总线信号的电路，主要应用于以下场景：（1）数据采集系统：当需要将 TTL 信号传输到 CAN 总线上时，如传感器输出的信号。
（2）工业自动化设备：在工业自动化设备中，通常需要将不同类型的信号进行转换和集成，TTL 转 CAN 电路可实现这一功能。
（3）汽车电子设备：汽车电子设备中，CAN 总线是常用的通信方式，TTL 转 CAN 电路可实现各种传感器和执行器的信号传输。
3.TTL 转 CAN 电路的设计和实现TTL 转 CAN 电路的设计主要包括以下几个部分：（1）信号转换：将 TTL 信号转换为 CAN 总线信号，需要设计一个信号转换器，实现电平转换和信号整形等功能。
（2）CAN 控制器：CAN 控制器负责处理 CAN 总线上的信号，如发送、接收和错误检测等。
常见的 CAN 控制器有 MCP2515、PCA8201 等。
（3）滤波器：由于 CAN 总线通信距离较长，信号可能受到噪声干扰，因此需要设计滤波器来滤除噪声。
（4）电源管理：为保证电路的稳定性，需要设计合适的电源管理电路。
信号转换电路
传感检测技术基础信号转换电路信号转换电路模/数转换器A／D转换可分为直接法和间接法。
直接法是把电压直接转换为数字量，如逐次比较型的A／D转换器。
间接法是把电压先转换成某一中间量，再把中间量转换成数字量。
(1)逐次比较型模/数转换器逐次比较型A／D转换就是将输入模拟信号与不同的参考电压做多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量的对应值.模模//数与数数与数//模转换器模转换器逐次比较型A／D转换器简化框图如图10.20所示它由D／A转换、数码设定、电压比较和控制电路组成图10.20逐次比较型A/D转换框图（2）双积分型模/数转换电路双积分型A／D转换电路如图10.21所示,当t=T2时，U0(t)=0,如图（b）所示.图10.21双积分型A/D转换器原理图转换过程分两步，首先接通S1，对输入电压(-Ui)积分，积分电路输出电压为:(10.21)然后在T1时，开关切换到S2位置，对基准参考电压Ur反向积分，积分电路输出电压为：（10.22）当t=T2时，U0(t)=0，如图10.21（b），此时得：(10.23)设时钟脉冲频率为,当t=T1时,则时间T1为：此时开始对标准参考电压Ur反向积分，时间间隔T=T1－T2，计数值为N，则，所以：数/模转换器数/模（D/A）转换器是通过电阻网络，把数字按其数码权值转换成模拟量的输出.D/A转换器有两种类型:权电阻网络和T形电阻网络(1)权电阻数/模转换器图10.22是4位二进制权电阻D／A转换器原理图由上图可得：（10.24）（10.25）在上述电路中，权电阻分别为R、2R、4R、…、。
若数字量多于四位，可通过增加模拟开关和权电阻来增加其位数。
(2)T形电阻数/模转换器T形电阻D/A转换器原理如图10.23所示,该电路电阻形状成T形，故称T形网络.图10.23T型电阻D/A转换器由图10.23可知,根据叠加原理，运算放大器总输入的等效电压是各支路等效电压之和，即:(10.26)若取RF＝3R，运算放大器的输入端电流为:(10.27)运算放大器的输出电压V0为:(10.28)电压/频率转换器(1)转换原理V/F转换器原理如图10.24所示电压电压//频率与频率频率与频率//电压转换器电压转换器图10.24V/F转换电路示意图1)当输入电压Ux>Uc时，放大器A输出为“1”状态，此时将单稳触发器置“1”，触发器驱动开关S 接通恒流源，使I0对电容CL充电;2)Uc上升，在Uc=Ux+△U时，电压比较器A输出为“0”状态，单稳触发器置“0”，使开关S断开，I0停止对电容CL充电;3)电容CL通过电阻RL放电，Uc下降。
什么是电子电路中的信号转换和信号调理
什么是电子电路中的信号转换和信号调理信号转换和信号调理是电子电路中非常重要的概念。
在电子设备和系统中，信号转换和信号调理起着至关重要的作用，它们能够将原始信号转换为适合处理的形式，并对信号进行必要的增强和处理，以保证信号的质量和可靠性。
一、信号转换信号转换是指将原始信号转换为适合特定应用的形式或者将信号转换为数字信号的过程。
原始信号可以是来自传感器、电机控制器、通讯信号等各种来源的模拟信号。
而信号转换的目的是为了使得信号能够在数字系统中进行处理和传输。
在信号转换中，常见的转换方式有模拟转数字（A/D）转换和数字转模拟（D/A）转换。
模拟转数字转换是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，可以通过采样和量化两个步骤来完成。
采样是指对连续信号按照一定的时间间隔进行取样，将连续信号转换为离散的时间序列。
量化是指对取样的信号进行幅度的离散化，将连续的信号转换为离散的幅度序列。
而数字转模拟转换是将数字信号转换为模拟信号，通常通过数模转换器来实现。
二、信号调理信号调理是在信号转换之后对信号进行增强和处理的过程。
原始信号经过转换之后，有可能会带有噪声、失真等问题，因此需要进行相应的处理和调整，以提高信号质量和可靠性。
在信号调理中，常见的操作包括滤波、放大、采样率转换等。
滤波是为了去除信号中的噪声和干扰，可以通过低通滤波器、带通滤波器等进行实现。
放大是为了增强信号的幅度，使得信号能够适应后续的处理和传输需求，可以通过放大器来实现。
采样率转换是为了将信号的采样率转换为适合特定应用的采样率，可以通过插值和抽取等技术来实现。
此外，信号调理还包括信号校准、线性化等操作。
信号校准是为了使得信号的测量和控制结果更加准确和可靠，可以通过校准电路和算法来实现。
线性化是为了使得非线性信号能够线性化处理，常见的技术包括自动增益控制（AGC）、自动调零（Auto-Zero）等。
综上所述，信号转换和信号调理是电子电路中非常重要的环节。
信号转换可以将原始信号转换为适合处理和传输的形式，而信号调理则是对转换之后的信号进行增强和处理，以提高信号的质量和可靠性。
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应用：
•用于微电流测量装置测量漏电流
•使用光敏电阻、光电池等恒电流传感器场合等
实现：
＋ R1 －
最简单的I／v转换器
RL
缺点2 ： 受负载影响。
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•I/V转换器
i=is uo=-isR1 要求： •信号源内阻要大 •电流信号远大于运放输入偏置电流
E
UZ VS
单方向多个阈值
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(4) 窗口比较电路
Uo
R1 UR1 RP UR2 R2 ui -1 +1 N2 # Uo2 -1 +1 N1
“1”
# Uo1 & Uo
U
E
UZ VS
O
UR2
UR1
ui
“0”
单方向多个阈值
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uo
ui i F iL R1
iR3 u R1
iL iF iR3 i（ 1＋
R2 ） R3
uo ui R2 R3 R1 R3
•负载电流大部分由运算放大器提供 •只要合理地选择参数，电路在较小的输入电压作用下，就能 给出较大负载电流
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普通运算放大 器的输出最高 幅值不超过 18V,高压放大 器，其输出最 高幅值一般不 超过40v，且 价格昂贵。
ui iL i1 R1
可以得到较高 的输出电压。
iL
ui 1 R
当需要较大的输出电流，或较高的输出电压(负载ZL有较大的 阻抗值)时，普通的运放可能难以满足要求。采用三极管T来 提高驱动能力，其输出电流可高达几安培，甚至于几十安培。
要求： •低输入失调电流，两输入端对地等电阻 •选用共模抑制比高的运算放大器
同相输入型I／v
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•V/I转换器
V／I转换器用于将输入电压信号转换为与之成线性 关系的电流信号，且输出电流信号具有恒流性质。 按负载接地与否可分为 •负载浮地型 •负载接地型
Uo R ui UR R2 +1 R1
UR
-1
# Uo O U1 U2 ui
un
U2 U1
M N P Q
a)
b)
ui Uo
单方向单阈值
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(4) 窗口比较电路
R1 UR1 RP UR2 R2 ui -1 +1 N2 # Uo2 -1 +1 N1 # Uo1 & Uo
u i>U
R
UR
a)符号
b)传输特性
电压比较器及其特性
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2 集成电压比较器的结构组成
(1)运算放大器中一般不加由 电阻和电容组成的相位校正 网络； (2)可选用转换速率较快的运 算放大器： (3)加接钳位电路，防止运算 放大器的输出级工作于深度 饱和，以提高反转速度； (4)加正反馈。
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1.负载浮地型电压／电流变换器
v i1 iL i R1
i1 iL
vi R1
负载阻抗中的电流与输入电压 负载阻抗中的电流与输入电压 成正比，而与负载阻抗无关 成正比，而与负载阻抗无关 缺点：要求信号源和运算放大 信号源提供微小电流，运算放 器都能给出要求的负载电流值 大器给出要求的负载电流值
R
u i<U
R
u i>U
R
O
UR
ui
O
UR
ui
同相输入型
反相输入型
（a）最基本的比较电路（基本差动输入）
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3 电压比较器的几种典型应用
(1) 电平比较电路---过零比较器
-1 # +1 u
i
ui Uo
-1 # +1 Uo
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•电压电流转换电路应Fra bibliotek：• 远距离监控中， v／I • 电流信号测量中， I／v
要求： • I／v转换器有低的输入阻抗及输出阻抗 • v／I转换器有高的输入阻抗及输出阻抗
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ib
反相输入型I／v
缺点：测量微电流需要大阻值， 影响精度，输出端噪声大。
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•I/V转换器
u1=－isR1
R1 uo=isR1 (1 ) R2
R1
u1
R2
ui=iR1
uo=iR1 (1
R2 ) R3
应用：
•用于微电流测量装置测量漏电流
•使用光敏电阻、光电池等恒电流传感器场合等
实现：
＋ ui=isR1 －
最简单的I／v转换器
缺点1 ： 测量微电流需要大阻值， 影响电路状态。
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•I/V转换器
I／v转换器用于将输入电流信号转换为与之成线性关系的 输出电压信号.
∞ + － N1
＋
电压比较器的电路结构框图
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3 电压比较器的几种典型应用
(1) 电平比较电路
UR
-1 # +1 u
i
ui Uo
-1 # +1 Uo
UR Uo
优点：结构简单 缺点：共模输入
u i<U
Uo
R
u i>U
优点：结构简单 缺点：共模输入
u i<U
Uo
Uo
R
u i>U
R
u i<U
R
u i>U
R
O
UR
ui
O
UR
ui
同相输入型
反相输入型
过零比较器
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3 电压比较器的几种典型应用
(2) 求和比较电路
ui U + R1 R2 Σ + Uo ∞
（三）信号变换电路
1、电压比较电路 2、电压电流转换电路
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电压比较电路
1 功能、符号
用来比较两个输入模拟电压信号的大小 • 阈值电压 • 电路特点
ui -1 # +1 Uo O UR ui u i<U
R
Uo
•I/V转换器
I／v转换器用于将输入电流信号转换为与之成线性关系的 输出电压信号.
应用：
•用于微电流测量装置测量漏电流
•使用光敏电阻、光电池等恒电流传感器场合等
实现：
最简单的I／v转换器
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•I/V转换器
I／v转换器用于将输入电流信号转换为与之成线性关系的 输出电压信号.
UR
ui Uo
M N P Q un
UR
R1 U R2
R
（b）求和比较电路（阈值可变） a)
UR
ui Uo M N
un
优点：阈值可变 缺点：振铃现象
P
Q
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(3) 滞回比较电路（回差电压比较器） 两个阈值：
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第二章 信号处理电路
本章主要内容
1、集成运算放大器基础 2、典型信号处理电路
•放大电路基本形式 •基本运算电路 •信号转换电路
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