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。
运放单端转差分电路
运放单端转差分电路
单端转差分电路是一种将单端输入信号转换为差分输出信号的电路。
它由一个运放和几个电阻组成。
以下是一个常见的单端转差分电路的示意图：
R1 R3
VIN ----/\/\-------|-------- VOUT1
|
A
|
R2
|
|
VOUT2
其中，VIN是输入信号，VOUT1和VOUT2是差分输出信号，A是运放。
这种电路的原理是，输入信号通过电阻R1连接到运放的非反馈输入端，同时也通过电阻R3连接到运放的反馈输入端。
电阻R2连接到运放的反馈输入端，形成反馈网络。
当输入信号为VIN时，通过电阻R1和R3的电流将会在电阻R2上产生两个不同的电压，分别是VOUT1和VOUT2。
由于运放的差分放大特性，差分输出信号可被放大，并且输出信号的共模幅度较小，抵抗了电磁干扰。
需要注意的是，单端转差分电路中的电阻值需要选择得合适，以确保输出信号的放大倍数、带宽和共模抑制比满足要求。
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。
电工与电子技术基础第11章 振荡与信号转换电路
高低阈值电压分别为：+UZR2 和
R1 + R2
-U ZR2 R1 + R2
⒉
振荡周期： T =2Rf C ln (1+
2R2 R1
)
⒊ 矩形波发生器
改变电容C充放电时间常数， 可使方波变为矩形波。
高电平时间ton与周期T的比值
称为占空比，
用q表示：q=
ton T
图11-18
图11-17
11.2.2 由门电路组成的多谐振荡器
解：D=10100000B=160，28=100000000B=256
【例11-9】已知UREF=5V，模拟电压UA=3V， 试求其相应的10位数字电压D。
解：
11.3.2 数模转换电路
⒈ 主要技术指标
⑴ 分辨率
定义： D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比。 计算公式：1/(2n-1) 例如，对于一个8位D/A转换器，其分辨率为：
tW1 =(R1+R2)C ln2 tW2 =R2C ln2
11.3 数模转换和模数转换电路
11.3.1 数模转换和模数转换基本概念
⒈ 定义
⑴ 数模转换：将数字信号转换为相应的模拟信号称为数模转换 ⑵ 模数转换：将模拟信号转换为相应的数字信号称为模数转换
⒉ 数字信号与相应模拟信号之间的量化关系
【例11-8】已知UREF=10V，8位数字量D=10100000B， 试求其相应模拟电压UA。
11.1.1 正弦振荡基本概念
⒈ 自激振荡的条件 : AF =1
又可分解为振幅平衡条件和相位平衡条件。
振幅平衡条件： | AF |=1
相位平衡条件：φa +φf =2nπ（n=0，1，2，3，…）
第八章 信号变换电路
U o 2.09RL RtC t f i / Rs
D/A转换器工作原理
A R 2R 2R B 2R R C 2R R D 2R Rf 2R
S0
S1
S2
S3
Uo
UR
R2
iO
250C
1500C
iO=4mA iO=20mA
0.01F
铂电阻在00C时电阻为100，2660C时电阻为200 ，则 铂电阻的灵敏度为：R/ T=(200-100)/266 输入电压为eiN= 1mA· (150-25)R/ T=47mV
第三节 电流—电压变换
电流信号经过长距离传送到目的地后，往往需要在转 换成电压信号。下面介绍几种常用的转换电路：
＋15V
UIN
RL I0
U1＝UIN
T
U1
R1
U 1 U IN Io R1 R1
(2) 4～20mA V/I变换电路
＋15V
UIN
R1 R6 R2
R7
T1 T2 IE R3 I0 RL
R4
Ub R5
由于R4、R5>>R3+RL，可认为I0＝IE
U U IN IR R5 0 L R1 R1 R5 R1 R5
U i U c1 U c 2 R RL RL
同时可近似认为在半个周期内，电容两端电压 几乎不变，有Uc1=Uc2，代入上式得： c U i R L U
U o1 RL Ui R 2R L
Uo2 RL Ui R 2R L
R 2R L
调制器的构成是用一电子开关代替前面原理 图中的K。 调制器中的电子开关主要有三极管和场效应 管，构成的调制器原理图如下：
信号转换与处理电路
第三章：信号转换与处理电路
电磁耦合隔离放大器
变压器耦合隔离放大器本身构 成一个电磁辐射源。如果周围 其它的电路对电磁辐射敏感， 就应设法予以屏蔽。例如３６ ５６的振荡频率为７５０ｋＨ ｚ，ＢＢ公司根据它的封装专 门为它设计了屏蔽罩
第三章：信号转换与处理电路
隔离放大器的应用场合：
普通的差动放大器和测量放大器，虽然也能抑制共模干扰，但却 不允许共模电压高于放大器的电源电压。而隔离放大器不仅有很 强的共模抑制能力，而且还能承受上千伏的高共模电压。因此， 隔离放大器一般用于信号回路具有很高的共模电压的场合。
器的等效输入阻抗Rin
第三章：信号转换与处理电路
2) 同相比例放大器 同相比例放大器电路图如图所示：
Rr
输入阻抗
Ri
输出阻抗
Ro 0
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻 抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
第三章：信号转换与处理电路
3) 差动比例放大器
Af
2R2 R1
1
R2 RP
由于差动放大器具有双端输入单端输出、共模抑制比较高的 特点，通常用作传感放大器或测量仪器的前端放大器。
在隔离放大器中，信号的耦合方式主要有 两种：一种是通过光电耦合，称为光电耦 合隔离放大器(如美国 B-B 公司生产的 ISO100 )；另一种是通过电磁耦合，即经过 变压器传递信号，称为变压器耦合隔离放 大器(如美国 AD 公司生产的 AD277 )。
图26 隔离放大器的 组成和符号
第三章：信号转换与处理电路
第三章：信号转换与处理电路
改进电路：
输入阻抗
Rin
Vi Ii
Rr R R Rr
上式表明：只要R稍大于Rr，就能获 得很高的输入阻抗，可高达100M。 但R绝对不能小于Rr，否则输入阻抗为 负，会产生严重自激。
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A/D-D/A 仿真（采样频率 500Hz)
6.1 采样保持电路
• 基本性质u0来自ui tuit0
采样期 保持期(t0 为发出保持命令的时刻）
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：从发出保持指令的时刻起，直到输出信号稳定下 来为止，所需的时间定义为关断时间。
控制电路
VX
VK
R
L
I
x
IK
RL
(a) 电压开关
• 模拟开关的性能参数
(b) 电流开关
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。
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Ton>Toff, 理想模拟开关时Ton→0，Toff→0 。
通用运算放大器组成的比较器 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1020ns。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 器本身的带宽来提高响应速度。
小结
• 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。
3.单片集成采样－保持电路
Uc
+5V 14 13
（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、低输出电位满足数 字电路逻辑电平的要求。
一 、电平比较电路（单阈值比较器） （a）差动比较电路
Uo
-1 ui
+1 UR
a)
# Uo
ui<UR
ui>UR
O UR
ui
b)
图 6-12 电压比较器及其特性
考虑同相输入的情况？如何求阈值电压？三要素？
（b）求和比较电路
（阈值可变）
ui
R1
∞
R2
Σ-
VR
R1 R2
U
U
+
Uo
+
优点：阈值可变
R
缺点：振零现象
a)
考虑同相输入的情况？如何求阈值电压？三要素？
结果。
t
O
Ts
t
f s (t) E0 E1 cos 2f st E2 cos 4f st
f (t) fs (t) E0 f (t) E1 f (t) cos2fst E2 f (t) cos4fst
第一项只使f(t)的幅度改变E0倍， 而不会改变f(t)的频谱结构。后面 的都可以用三角公式展开。
12
11
AD582
&
DG
∞ -
S
+ + N1
#
uo
10
98
∞ -
+ + N2
? /# AD571
状态
模拟量输入
1
2
ui
3
4
5
偏移调节
6
7
C
AD582：Low Cost Sample/Hold Amplifier AD571:10 bit A/D converter
6.2 电压比较电路(comparator)
按转换方式分：
线性转换
非线性转换
线性转换是采用线性电路来完成的，线性转 换只能改变信号频谱分量的相对大小，而不会产 生新的频率成分，某些波形转换、电压/电流转换 可依靠线性转换电路来完成。
利用非线性电路可以实现频率转换，例如混 频、分频和倍频。信号的非线性转换主要应用于 信号的传输方面，特别是信号的远距离传输。
精度
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。
• 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。
• 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
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。
1. 基本原理
采样保持电路的组成：
缓冲放大器（跟随器） 模拟开关 模拟信号存储电容
时域
ui ,uo
O fs(t)
a)
采样后所获
uo
f(t)
得的离散信号uo是 模拟信号f(t)与采
样脉冲fs (t)相乘的
6章 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： ① 自然界物理量到电量的转换。 ② 电量之间的转换。 ③ 从电量到物理量的转换。
在进行信号转换时，需要考虑以下问题：
转换电路应具有线性特性。
要求信号转换电路具有一定的输入阻抗和 输出阻抗，以与之相联的器件/电路阻抗匹配。
有足够的驱动能力和动态范围。
F (f)
O f min
f max
F s(f) E0
O
F (f)* F s(f)
输入信号频谱
频域
f
a)
采样信号频谱
E1
E2
fs
2 fs
f
b)
S/H电路输出信号频谱
即采样频率fs 应大于模拟信号最 高频率fmax的两倍， 这就是采样定理。
fs=（2.5-3）fmax
O f min f max f s - f max
常用的信号转换电路有：
采样/保持（S/H）电路
电压比较电路（comparator ）
V/f（电压/频率）转换器
f/V（频率/电压）转换器
V/I（电压/电流）转换器 I/V（电流/电压）转换器
A/D-D/A 仿真（采样频率 100Hz)
※A/D（模/数）转换器
※D/A（数/模）转换器
fs
f s+ f max
2 fs
f
不难看出，只要离散信号的频谱互不重叠，
就可以用一个低通滤波器取出离散信号中fmax 以下的频谱。换句话说，欲从离散信号中恢复
fs fmax fmax
原信号的必要条件是：
2. 主要要求
对采样保持电路的主要要求：
(1)采样，充电快(反映变化)。 (2)保持，放电慢(保持久)。
• 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：1、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，被保持的电压低于采样转保持 瞬间的输入电压；当电容放电时，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测误差。 2、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。