2/6/20231HarbinEngineeringUniversity第八章信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)

模擬開(kāi)關(guān)

采樣/保持器

電壓比較器

D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路

自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器軸角/數(shù)字轉(zhuǎn)換原理及電路

2/6/202328.1模擬開(kāi)關(guān)

每一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)至少都應(yīng)包含兩個(gè)部分：用于切換模擬信號(hào)的開(kāi)關(guān)元件和按照控制指令驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件完成通斷轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)電路。

常用的模擬開(kāi)關(guān)有機(jī)電式和電子式兩大類(lèi)。前者主要包括各種電磁繼電器，后者主要包括二極管、雙極型晶體管（bipolartransistor）、場(chǎng)效應(yīng)管（FieldEffectTransistor，F(xiàn)ET）等構(gòu)成的開(kāi)關(guān)。2/6/20233雙極型晶體管模擬開(kāi)關(guān)一、雙極型晶體管模擬開(kāi)關(guān)

雙極型晶體管有三種工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏-放大狀態(tài)；兩個(gè)結(jié)都正偏-飽和導(dǎo)通；兩個(gè)結(jié)都反偏-截止?fàn)顟B(tài)。

2/6/20234

則令通道控制信號(hào)UC1=0，晶體管T1′截止，集電極為高電平，晶體管T1導(dǎo)通，輸入信號(hào)電壓Ui1被選中。設(shè)選擇第1路模擬信號(hào)。多路開(kāi)關(guān)工作原理：2/6/20235同理：當(dāng)令通道控制信號(hào)UC2=0

時(shí)，則選中第2路模擬信號(hào)，

UO=Ui2

。注意：在控制信號(hào)UC1～UC8中不能同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上為0。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：②電流控制器件，功耗大，集成度低，一個(gè)方向傳送信號(hào)。①漏電流大，開(kāi)路電阻小，導(dǎo)通電阻大。開(kāi)關(guān)速度快。2/6/20236二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管模擬開(kāi)關(guān)

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管模擬開(kāi)關(guān)當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)截止。

2/6/20237優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)切換速度快，導(dǎo)通電阻小，且隨信號(hào)電壓變化波動(dòng)小；易于和驅(qū)動(dòng)電路集成。襯底要有保護(hù)電壓。集成電路開(kāi)關(guān)工作原理如下：

設(shè)選擇第1路輸入信號(hào)，則計(jì)算機(jī)輸出一個(gè)4位二進(jìn)制碼，把計(jì)數(shù)器置成0001狀態(tài)，經(jīng)四—

十六線(xiàn)譯碼器后，第1根線(xiàn)輸出高電平，場(chǎng)效應(yīng)管T1導(dǎo)通，UO=Ui1

，選中第1路信號(hào)。

如果要連續(xù)選通第1路到第3路的信號(hào)，可以在計(jì)數(shù)器加入計(jì)數(shù)脈沖，每加入一次脈沖，計(jì)數(shù)器加1，狀態(tài)依次變?yōu)?001，0010，0011。2/6/202391、CD4051（八選一模擬開(kāi)關(guān)）三、常用電子模擬開(kāi)關(guān)及在系統(tǒng)中的應(yīng)用CD4051/CC4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)控制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號(hào)可控制峰值至20V的模擬信號(hào)。開(kāi)關(guān)電路在整個(gè)UDD-VSS和UDD-UEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)INH輸入端＝“1”時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。2/6/2023102、CD4052B（二組四選二模擬開(kāi)關(guān)）

D4052/CC4052是一個(gè)差分4通道數(shù)字控制模擬開(kāi)關(guān)，有A、B兩個(gè)二進(jìn)制控制輸入端和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號(hào)可控制峰峰值至20V的模擬信號(hào)。開(kāi)關(guān)電路在整個(gè)UDD-VSS和UDD-UEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)，當(dāng)INH輸入端=“1”時(shí)，所有通道截止。二位二進(jìn)制輸入信號(hào)選通4對(duì)通道中的一通道，可連接該輸入至輸出。

2/6/2023113、CD4053B（三組二選一模擬開(kāi)關(guān)）

CD4053/CC4053是三組2通道數(shù)字控制模擬開(kāi)關(guān)，有三個(gè)獨(dú)立的數(shù)字控制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號(hào)可控制峰-峰值至20V的數(shù)字信號(hào)。開(kāi)關(guān)電路在整個(gè)UDD-VSS和UDD-UEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)INH輸入端＝“1”時(shí)，所有通道截止?？刂戚斎霝楦唠娖綍r(shí)，“0”通道被選，反之，“1”通道被選。2/6/2023121WPUTSTATES“ON”CHANNELSINHIBITCBACD4051BCD4052BCD4053B000000x,0ycx,bx,ax000111x,1ycx,bx,ay001022x,2ycx,by,ax001133x,3ycx,by,ay01004cy,bx,ax01015cy,bx,ay01106cy,by,ax01117cy,by,ay1ФФФNONENONENONECD4051、CD4052、CD4053真值表2/6/2023134、模擬開(kāi)關(guān)在系統(tǒng)中的應(yīng)用

應(yīng)用1：應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用2：應(yīng)用在數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)中應(yīng)用3：應(yīng)用在差動(dòng)放大器中應(yīng)用4：應(yīng)用在程控放大器中2/6/202314四、模擬開(kāi)關(guān)的性能分析1.截止通道對(duì)導(dǎo)通通道的影響

(1)截止通道的漏電流影響A點(diǎn)產(chǎn)生的誤差電壓：當(dāng)：2/6/202315(2)高頻信號(hào)串?dāng)_影響

切換多路高頻信號(hào)時(shí)，截止通道的高頻信號(hào)會(huì)通過(guò)通道之間的寄生電容和開(kāi)關(guān)源漏極之間的寄生電容在負(fù)載端產(chǎn)生泄漏電壓，這種現(xiàn)象稱(chēng)為串?dāng)_，寄生電容和數(shù)值越大，信號(hào)頻率越高，串?dāng)_就越嚴(yán)重。

2/6/2023162.各通道的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻或信號(hào)源內(nèi)阻失配所產(chǎn)生的切換噪聲

如果各通道開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻或各信號(hào)源內(nèi)阻不等，即使各通道輸入電壓相同，其輸出也不會(huì)相等，信號(hào)源內(nèi)阻應(yīng)盡量一致。3.模擬開(kāi)關(guān)的切換速率

模擬開(kāi)關(guān)輸出端對(duì)地的電容總和對(duì)開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間影響很大，每一開(kāi)關(guān)的對(duì)地電容都增加了，因而每個(gè)通道開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，截止時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間都比單個(gè)模擬開(kāi)關(guān)有所增加，可用的最高切換速率也隨之降低。模擬開(kāi)關(guān)必須“先斷后開(kāi)”，設(shè)由一路切換到另一路所需要的最小時(shí)間為，若對(duì)n路信號(hào)進(jìn)行順序開(kāi)關(guān)，則每個(gè)開(kāi)關(guān)可用的最高切換速率為：2/6/2023178.2采樣/保持器一、工作原理

采樣/保持器工作原理2/6/202318采樣/保持器構(gòu)成①采樣時(shí)：②在保持期間：

式中：

等效電路2/6/202319

對(duì)于采樣/保持器來(lái)講：減少充電電阻是保證采樣精度的關(guān)鍵。增大放電電阻是保證保持精度的關(guān)鍵。

假設(shè)經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的采樣，電容端電壓與輸入電壓的相對(duì)誤差不超過(guò)，則：即：再假設(shè)經(jīng)過(guò)結(jié)束時(shí)，電容端電壓的相對(duì)衰變不超過(guò)，則：2/6/202320二、基本電路采樣/保持電路的基本結(jié)構(gòu)有串聯(lián)型和反饋型兩種。

串聯(lián)型反饋型

對(duì)串聯(lián)型采樣/保持器，影響其精度的有兩個(gè)運(yùn)放的失調(diào)電壓，而反饋型采樣/保持器，影響其精度的只有運(yùn)放A1的失調(diào)電壓，所以其精度要高于串聯(lián)型采樣/保持電路。2/6/202321三、采樣/保持器的有關(guān)參數(shù)1.捕捉時(shí)間

當(dāng)發(fā)出采樣命令后，采樣/保持電路輸出從原來(lái)所保持的值，到達(dá)當(dāng)前輸入信號(hào)的值所需的時(shí)間，稱(chēng)為捕捉時(shí)間（capturetime）。

2.孔徑時(shí)間

理想的采樣過(guò)程是在采樣時(shí)刻瞬間，使開(kāi)關(guān)K閉合，而其它時(shí)間則開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，并不參考開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間，而實(shí)際的采樣/保持電路中，開(kāi)關(guān)是需要一定的動(dòng)作時(shí)間的。在保持命令發(fā)出后，直到開(kāi)關(guān)完全斷開(kāi)所需要的時(shí)間稱(chēng)為孔徑時(shí)間（aperturetime）。

捕捉時(shí)間tU孔徑誤差實(shí)際輸出希望的輸出模擬信號(hào)保持采樣保持指令發(fā)出時(shí)刻TAP△tAPTACtST保持

為了量化的準(zhǔn)確，應(yīng)在發(fā)出保持指令后延遲一段時(shí)間，再啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換。2/6/2023233.保持電壓的衰減率

在信號(hào)保持期間，由于泄露電流的存在，將引起保持電壓的衰減，衰減速率（decayrate）用下式計(jì)算：

式中：I:包括運(yùn)放偏置電流，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)漏電流和保持電容內(nèi)部泄露電流等；C:保持電容的電容量。2/6/202324四、應(yīng)用方法1.采樣/頻率的選擇

系統(tǒng)可用的最高采樣頻率為：

式中：

：獲得時(shí)間

：指模擬開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定時(shí)間

：A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間

2.采樣/保持器集成芯片及安裝與調(diào)整

采樣/保持電路大都是集成在單一芯片中，芯片內(nèi)不含保持電容，保持電容須外接，由用戶(hù)根據(jù)需要選擇。為了防止數(shù)字電路對(duì)模擬電路的干擾，許多S/H電路的模擬部分的地線(xiàn)和數(shù)字部分的地線(xiàn)并不相連，而是接在不同的引腳上，當(dāng)它與A/D轉(zhuǎn)換器相連時(shí)，這兩個(gè)地線(xiàn)應(yīng)分別接到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬地和數(shù)字地上。集成采樣保持器將采樣電路、保持器制作在一個(gè)芯片上，保持電容外接，由用戶(hù)選用。電容的大小與采樣頻率及要求的采樣精度有關(guān)。集成采樣保持器分三類(lèi)：1、用于通用目的的芯片，如AD583K,AD582,LF398；2、高速芯片，如THS-0025,THC-0300等；3、高分辨率芯片，如SHA1144等。集成采樣保持器1、AD5821腳：同相輸入端，2腳：空；3腳和4腳接直流調(diào)零電位器；5腳：負(fù)電源6腳和8腳之間接保持電容；7腳：空；8腳：輸出端；9腳：是反相輸入端；10腳：正電源；11腳和12腳：邏輯控制端;13、14腳：空；

AD582的特點(diǎn)：1）±9V~±18V供電，典型工作電壓是±15V，輸入信號(hào)可達(dá)電源電壓可適用于12位A/D轉(zhuǎn)換器。2）有較高的輸入阻抗，約30M歐姆；3）有較短的信號(hào)捕捉時(shí)間，最短達(dá)6μs。該時(shí)間與所選擇的保持電容有關(guān)，電容值越大，捕捉時(shí)間越長(zhǎng)，它影響采樣頻率。4）具有相互隔開(kāi)的模擬地、數(shù)字地，從而提高了抗干擾能力。5）模擬開(kāi)關(guān)由差動(dòng)的邏輯輸入端L+和L-控制，U（L+-L-)在-6V～0.8V時(shí)，AD582處于采樣模式，U（L+-L-)在+2V～+VS之間時(shí)，處于保持模式。

低電平采樣；高電平保持。

6)AD582可與任何獨(dú)立的運(yùn)算放大器連接，以控制增益或頻率響應(yīng)，以及提供反相信號(hào)等。AD582實(shí)用電路（一）增益為1，輸出不反相的連接線(xiàn)路AD582實(shí)用電路二是輸出不反相電路，電路增益可由外接電阻來(lái)選擇，增益K=(1十RF／R1)。

所以AD582外接較小的電容可獲得較高的采樣速率：當(dāng)精度要求不太高（±0.1%）而速度要求較高時(shí)，可選CH=100pF，這時(shí)的捕捉時(shí)間tAC≤6s。當(dāng)精度要求較高（±0.01%）時(shí)，為減小饋送的影響和減緩保持電壓的下降，應(yīng)取CH=1000pF

。1腳：V+；

2腳：接1K電阻，調(diào)節(jié)漂移電壓；3腳：VIN4腳：V-，5腳：VOUT；6腳：接保持電容CH；7腳和8腳是兩個(gè)控制端，控制開(kāi)關(guān)的通斷。7腳接參考電壓，8腳接控制信號(hào)。LF398也是反饋型采樣／保持器。LF3982023/2/633LF398集成

采樣

／保持

器原

理電路

主要特性：

1）具有較低的捕捉時(shí)間。外接電容CH=100pF采集時(shí)間是6μs，可滿(mǎn)足8位A／D要求；若CH=1000pF，采集時(shí)間為25μs，可滿(mǎn)足12位A／D要求。

2）輸入阻抗Ri＝30M歐，輸出阻抗（保持狀態(tài)）Ro=12Ω

3）供電電源±Vs在±9V～±18V范圍內(nèi)選擇，輸入信號(hào)電壓可達(dá)電源電壓±Vs，可適用于12位模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。

4）模擬地與數(shù)字地相互隔離，從而具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

5）具有差動(dòng)的邏輯控制輸入端IN＋、IN-，當(dāng)IN＋端相對(duì)IN-端的電壓在-6V～0．8V時(shí)，電路處于采樣狀態(tài)；IN+偏置為+2V～Vs時(shí)，處于保持狀態(tài)。

控制電壓UK(控制端8和7之間電壓)為T(mén)TL電平，7端接數(shù)字地，當(dāng)8端為高電平(UK>1.4V)時(shí)，LF398處于跟蹤狀態(tài)，當(dāng)UK負(fù)跳變(從“1”變?yōu)椤?”)時(shí)，LF398轉(zhuǎn)向保持狀態(tài)。高電平采樣；低電平保持。

2023/2/636采樣／保持器的應(yīng)用

采樣／保持器的典型應(yīng)用是多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一個(gè)有代表性的系統(tǒng)如圖所示。2023/2/637多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2023/2/638多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

通道地址S/H指令SH轉(zhuǎn)換啟動(dòng)EOC保持建立時(shí)間T2023/2/639多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2/6/2023408.3電壓比較器

一、電壓比較器的原理與結(jié)構(gòu)及實(shí)際性能分析

原理圖理想輸入輸出關(guān)系實(shí)際輸入輸出關(guān)系

理論上比較器的差動(dòng)輸入極性的微小變化就會(huì)引起輸出的狀態(tài)變化，但從上圖中我們可以看出由于死區(qū)的存在，比較器從一個(gè)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)狀態(tài)是需要一定的差動(dòng)電壓的，這個(gè)使比較器的輸出翻轉(zhuǎn)的最小差動(dòng)輸入電壓值稱(chēng)為比較器的靈敏度。2/6/202341二、電壓比較器的基本應(yīng)用電路1.電平檢測(cè)

2.窗口比較器

原理圖原理圖輸入輸出關(guān)系輸入輸出關(guān)系2/6/202342例：試設(shè)計(jì)一個(gè)窗口比較器，當(dāng)輸入信號(hào)在-8V至+7V之間時(shí)，給出“1”電平，當(dāng)輸入信號(hào)超出這一范圍時(shí)，給出“0”電平。因?yàn)檩斎胄盘?hào)變化的范圍較大，所以選雙比較器LM193，它能承受較大的共模和差動(dòng)輸入電壓，失調(diào)和輸入偏置電流較小，輸出能與TTL相兼容。參考電壓-8V和+7V可以從電阻分壓器中取得，兩個(gè)比較器相“與”后再輸出。首先計(jì)算分壓網(wǎng)絡(luò)，設(shè)電阻分壓器中流過(guò)的電流為1mA，則總電阻R等于：取：

則：

2/6/2023433.遲滯比較器

同相端電位為：

當(dāng)時(shí)，比較器輸出翻轉(zhuǎn)，故閾值電壓為：當(dāng)時(shí)：2/6/202344當(dāng)時(shí)：兩個(gè)閾值電壓之差為：

例：試設(shè)計(jì)一個(gè)遲滯比較器，其輸出高電壓5V，輸出低電壓0V.參考電壓3,5V,要求兩個(gè)閾值點(diǎn)的電壓差為0.4V,試該出設(shè)計(jì)電路圖和參數(shù)計(jì)算及和的值。

解：由于：已知：設(shè)：則：作業(yè)：電路如圖(a)所示，Dz為穩(wěn)壓管，將輸出電壓限制為±10V，試求門(mén)限電壓，畫(huà)出傳輸特性和圖(b)所示輸入信號(hào)下的輸出電壓波形。

(a)(b)2/6/2023452/6/2023464.移相電路和峰值（過(guò)零）檢測(cè)電路

移相電路（phaseshiftcircuit）和峰值檢測(cè)電路（peakdetectioncircuit）也是常用的電路之一。移相前

90度移相后過(guò)零比較器輸出47多路通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2/6/2023482023/2/649多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2/6/202350A/D轉(zhuǎn)換芯片AD16742/6/2023518.4D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路

一、D/A轉(zhuǎn)換

1.D/A轉(zhuǎn)換原理

D/A轉(zhuǎn)換器是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓或電流形式的模擬量輸出。因此，D/A轉(zhuǎn)換器可以看作是一個(gè)譯碼器。一般線(xiàn)性D/A轉(zhuǎn)換器，其輸出模擬電壓u和輸人數(shù)字量D之間成正比關(guān)系，即:

用二近制數(shù)的每一位數(shù)碼按權(quán)大小產(chǎn)生一個(gè)電壓，此電壓的值正比于對(duì)應(yīng)位碼的權(quán)值。2/6/2023522.D/A轉(zhuǎn)換電路

(1)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的DAC轉(zhuǎn)換器

根據(jù)以上原理圖，有：因：得：2/6/202353(2)T型網(wǎng)絡(luò)的DAC

2/6/202354(3)倒T型網(wǎng)絡(luò)的DAC而流入各2R支路的電流依次為：

流入運(yùn)算放大器反相端的電流為：

2/6/202355運(yùn)算放大器的輸出電壓為：

若：，將代入，得：推廣得：

倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)也只用了R和2R兩種阻值的電阻，但和T型電阻網(wǎng)絡(luò)相比較，由于各支路電流始終存在且恒定不變，所以各支路電流到運(yùn)放的反相輸入端不存在傳輸時(shí)間，因此具有較高的轉(zhuǎn)換速度。2/6/2023563.D/A轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)

(1)滿(mǎn)量程滿(mǎn)量程是輸人數(shù)字量全為1時(shí)再在最低位加1時(shí)的模擬量輸出。它是個(gè)理論值，可以趨近，但永遠(yuǎn)達(dá)不到。(2)分辨率指單位數(shù)字量的變化所引起的模擬量的變化，通常定義為滿(mǎn)量程電壓與2n之比值，也可用滿(mǎn)量程的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。

(3)轉(zhuǎn)換精度實(shí)際輸出值與理論計(jì)算值之差。這種差值越小，轉(zhuǎn)換精度越高。轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在各種誤差，包括靜態(tài)誤差和溫度誤差。靜態(tài)誤差主要由非線(xiàn)性誤差、零位誤差以及比例系數(shù)誤差構(gòu)成：

(a)非線(xiàn)性誤差(b)零位誤差(c)比例系數(shù)誤差2/6/2023571.A/D轉(zhuǎn)換原理

將時(shí)間上連續(xù)變化的信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣獲得時(shí)間上離散的樣值脈沖，再經(jīng)過(guò)保持電路可以得到階梯波。一方面，由于階梯的幅度是任意的，將會(huì)有無(wú)限個(gè)數(shù)值；而另一方面，出于數(shù)字量的位數(shù)有限，只能表示有限個(gè)數(shù)值(n位數(shù)字量只能表示2n個(gè)數(shù)值)，因此，必須將采樣后的樣值電平歸化到與之接近的離散電平上，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為量化（quantification）。量化后，需用二進(jìn)制數(shù)碼來(lái)表示各個(gè)量化電平，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為編碼（code）。量化與編碼電路是A/D轉(zhuǎn)換器的核心組成部分。量化過(guò)程中，這個(gè)指定的離散電平稱(chēng)為量化電平。相鄰兩個(gè)量化電平之間的差值稱(chēng)為量化間隔S，位數(shù)越多，量化等級(jí)越細(xì)，S就越小。量化的方法一般有兩種：只舍不入法和有舍有入法。

二、A/D轉(zhuǎn)換

它由電阻分壓器、電壓比較器及編碼電路組成，輸出的各位數(shù)碼是一次形成的，它是轉(zhuǎn)換速度最快的一種A/D轉(zhuǎn)換器。輸入模擬電壓uI比較器輸出編碼器輸出Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0D2D1D000000000000000000010010000001101000000111011000111111000011111110101111111110111111111112/6/2023602.A/D轉(zhuǎn)換電路

(1)反饋式A/D轉(zhuǎn)換器反饋式的A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理根據(jù)數(shù)字邏輯線(xiàn)路輸出的邏輯特性不同，可分為斜梯型、跟蹤型和逐次逼近型幾種不同的形式。其中逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯線(xiàn)路首先置位1/2滿(mǎn)量程數(shù)碼，再通過(guò)DAC與模擬輸入信號(hào)進(jìn)行比對(duì)。如果DAC的輸出比模擬輸入信號(hào)大，則再衰減到1/4滿(mǎn)量程數(shù)碼去與輸入信號(hào)比較；如果1/2滿(mǎn)量程數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的DAC輸出比模擬信號(hào)小，則再增加1/4滿(mǎn)量程（此時(shí)對(duì)應(yīng)的DAC輸出應(yīng)是（1/2+1/4）滿(mǎn)量程輸出）的DAC輸出，依次類(lèi)推，一直使數(shù)字邏輯電路變化到最小的一個(gè)LSB，這樣就完成了一次逐次逼近式的A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。反饋型A/D轉(zhuǎn)換器的基本線(xiàn)路

2/6/202361A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖思考題對(duì)于逐次逼近的AD轉(zhuǎn)換器AD1674來(lái)講，轉(zhuǎn)換0.8V的模擬轉(zhuǎn)換電壓和8V的模擬轉(zhuǎn)換電壓所需轉(zhuǎn)換時(shí)間是否一樣？如不一樣，哪一個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間更長(zhǎng)？為什么？2/6/2023622/6/202363(2)積分式A/D轉(zhuǎn)換器在信號(hào)積分階段：

設(shè)定：

在參考電壓積分階段：整理得：

采用了積分式的工作方式，對(duì)某些周期性（正負(fù)對(duì)稱(chēng)）的干擾信號(hào)可以進(jìn)行有效的濾除，但由于積分需一定的時(shí)間，所以A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)。

2/6/202364雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理是：先對(duì)輸入模擬電壓進(jìn)行固定時(shí)間的積分，然后轉(zhuǎn)為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓的反相積分，直至積分輸入返回初始值，這兩個(gè)積分時(shí)間的長(zhǎng)短正比于二者的大小，進(jìn)而可以得出對(duì)應(yīng)模擬電壓的數(shù)字量。2/6/2023652/6/2023663.A/D轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)

1)分辨率

分辨率指A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬信號(hào)的分辨能力。從理論上講，一個(gè)輸出為n位二進(jìn)制數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入模擬電壓的2n個(gè)不同量級(jí)，能區(qū)分輸入模擬電壓的最小差異為(滿(mǎn)量程輸入的1/2n)。例如，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出為12位二進(jìn)制數(shù)，最大輸入模擬信號(hào)為10V，則其分辨率為：(2)轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差是指實(shí)際的轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差，一般用最低有效位來(lái)表示。注意：在實(shí)際使用中當(dāng)使用環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)換誤差也將發(fā)生變化。(3)轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換時(shí)間是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)換時(shí)間是從接到轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)開(kāi)始，到輸出端獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，意味著A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度越快。2/6/202367典型數(shù)字控制系統(tǒng)框圖6869輸入寄存器DAC寄存器D/A轉(zhuǎn)換器DI7：：：DI0：：：：：：&&&ILE1314151645671912181781211932010第一級(jí)緩沖第二級(jí)緩沖ＤＡＣ０８３２70各引腳功能：LE鎖存信號(hào)輸出隨輸入變化數(shù)據(jù)被鎖存在輸出端因此實(shí)現(xiàn)兩級(jí)緩沖的信號(hào)：所以，DAC0832可以通過(guò)以上信號(hào)的控制實(shí)現(xiàn)直通、一級(jí)緩沖和雙緩沖3種工作方式。71硬件設(shè)計(jì)。采用8255作為DAC與CPU之間的接口。電路圖如下CPU8255A

PA0-7PB4：：：PB0DAC0832-++接示波器2/6/2023728.5自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器軸角/數(shù)字轉(zhuǎn)換原理及電路

一、自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出特性

1.自整角機(jī)對(duì)

自整角機(jī)由發(fā)送機(jī)和接收機(jī)所組成。每個(gè)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)都是由一個(gè)兩相繞組的轉(zhuǎn)子和一個(gè)具有相隔120°分布的三相繞組的定子所組成。輸出相電壓：

2/6/2023732.正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器

原邊補(bǔ)償?shù)恼嘞肄D(zhuǎn)變壓器

激磁電壓：

輸出正、余弦電壓：2/6/2023743.多極旋轉(zhuǎn)變壓器

為了提高系統(tǒng)精度，導(dǎo)航設(shè)備中常采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器，以構(gòu)成粗精組合的雙速旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)。將一對(duì)極和多對(duì)極做在一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器中，叫做多極旋轉(zhuǎn)變壓器(multipolarresolver)。常用的多極旋轉(zhuǎn)變壓器有1：36，1：30和1：16等幾種。一對(duì)極的結(jié)構(gòu)稱(chēng)之為粗機(jī)，多對(duì)極的結(jié)構(gòu)稱(chēng)之為精機(jī)。對(duì)于1：36對(duì)極的結(jié)構(gòu)，精機(jī)的一周的電氣角度相當(dāng)于粗機(jī)(實(shí)際的機(jī)械角度)一周的1/36，因此其精度(分辨力)也比單精度旋轉(zhuǎn)變壓器高36倍。多極旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用中，一般大角度(卦限)由粗機(jī)給定，而卦限內(nèi)的小角度由精機(jī)來(lái)確定，這樣才能發(fā)揮其組合精度。2/6/2023754.自整角機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)的相互變換

(a)自