信号转换电路

电子电路中的数字与模拟信号转换方法随着现代电子技术的发展，数字和模拟信号在电子电路中的转换变得越来越重要。

在许多应用领域中，数字信号常被传输、处理和存储，而模拟信号则用于传感器和实时控制系统中。

本文将介绍电子电路中常用的数字与模拟信号转换方法。

一、数字信号转换为模拟信号数字信号是通过二进制代码来表示的离散信号，而模拟信号则是连续变化的信号。

为了将数字信号转换为模拟信号，我们通常使用以下方法：1. 数字到模拟转换器（DAC）数字到模拟转换器是一种将数字信号转换为模拟信号的电路。

它通过将二进制代码解码为相应的模拟电压或电流来实现信号的转换。

DAC的主要工作原理是利用采样和保持电路来将离散的数字值转换为连续的模拟电压或电流输出。

2. 脉冲宽度调制（PWM）脉冲宽度调制是一种将数字信号转换为模拟信号的方法。

它通过改变脉冲的宽度来表示不同的模拟值。

PWM信号的平均值与模拟信号的幅值成正比，因此可以利用PWM信号来控制模拟电路。

3. 脉冲频率调制（PFM）脉冲频率调制是一种将数字信号转换为模拟信号的方法。

它通过改变脉冲的频率来表示不同的模拟值。

PFM信号的频率与模拟信号的幅值成正比，因此可以利用PFM信号来传输模拟信号。

二、模拟信号转换为数字信号模拟信号是连续变化的信号，而数字信号则是离散的信号。

在电子电路中，我们常需要将模拟信号转换为数字信号进行处理和存储。

以下是常用的模拟信号转换为数字信号的方法：1. 模数转换器（ADC）模数转换器是一种将模拟信号转换为数字信号的电路。

它通过采样和量化的方式将连续的模拟信号离散化为一系列的数字代码。

ADC 可以将模拟信号转换为等效的数字代码，以便于数字电路的处理和存储。

2. 脉冲编码调制（PCM）脉冲编码调制是一种将模拟信号转换为数字信号的方法。

它通过将模拟信号的幅值离散化为一系列的离散幅值来表示信号。

PCM信号的离散幅值可以用二进制代码来表示，从而实现模拟信号到数字信号的转换。

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。

A/D 转换电路导读:A/D 转换器（ADC ）是将模拟信号转换成数字信号的电路。

本章将介绍A/D 转换的基本概念和原理电路，重点介绍集成芯片中的常用转换方法：逐次逼近型和V —T 双积分型转换电路，常用集成ADC 芯片，并给出典型应用实例。

0.1 A/D 转换的基本概念A/D 转换过程包括取样、保持、量化和编码4个步骤，一般，前2个步骤在取样-保持电路中1次性完成，后2个步骤在A/D 转换电路中1次性完成。

1．取样和取样定理我们知道，要确定（表示）1条曲线，理论上应当用无穷多个点，但有时却并非如此。

比如1条直线，取2个点即可。

对于曲线，只是多取几个点而已。

将连续变化的模拟信号用多个时间点上的信号值来表示称为取样，取样点上的信号值称为样点值，样点值的全体称为原信号的取样信号。

1个取样信号示例如图1.1.1-1(b)所示。

取样时间可以是等间隔的，也可以自适应非等时间间隔取样。

问题是：对于频率为f 的信号，应当取多少个点，或者更准确地说应当用多高的频率进行取样？取样定理将回答这个问题：只要取样频率f S 大于等于模拟信号中的最高频率f max 的2倍，利用理想滤波器即可无失真地将取样信号恢复为原来的模拟信号。

这就是说，对于1个正弦信号，每个周期只要取2个样点值即可，条件是必须用理想滤波器复原信号。

这就是著名的山农（Shannon ）取样定理，用公式表示即为max S 2f f ≥（12.1-1）在工程上，一般取max S )5~4(f f ≥。

2．取样-保持取样后的样点值必须保存下来，并在取样脉冲结束之后到下1个取样脉冲到来之前保第12章A/D转换电路249持不变，以便ADC电路在此期间内将该样点值转换成数字量，这就是所谓取样-保持。

常用的取样-保持电路芯片有LF198等，其保持原理主要是依赖于电容器C上的电压不能突变而实现保持功能的。

3．量化与编码注意，取样保持后的样点值仍是连续的模拟信号，为了用数字量表示，必须将其化成某个最小数量单位△的整数倍。

信号转换电路的作用
信号转换电路作用:将各种类型的信号进行相互转换，使具有不同输入、输出的器件可以联用。

从信息形态变化的观点将各种转换分为三种：
（1）从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
问题：
1、转换电路应具有所需的特性。

2、转换电路应具有肯定的输入阻抗和输出阻抗和与之相联的器件阻抗匹配。

明显，该通道的核心是模/数转换器即A/D转换器，通常把模拟量输入通道称为A/D通道或AI通道。

我们所需的各种信息首先来自自然界。

从自然界中我们可以得到如气象，环境，天灾等各种信息，这些信息从传感器得到。

传感器是将物理量转换成电量的元件。

从传感器中得到的电量多为连续的，这种量称为模拟量。

另一方面，计算机能处理的量多为离散量，叫做数字量。

从模拟到数字是今后的趋势。

模拟开关是一种在数字信号掌握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掌握（驱动）电路两部分组成。

开关电路类型：电路结构：N沟道增加型和CMOS 型；
集成模拟开关电路：在同一芯片上集成多个CMOS开关，由地址译码器和多路模拟开关组成
按切换的对象分：电压和电流开关
电压模拟开关的特点：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：不管负载电阻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打算。

LVPECL（Low Voltage Positive Emitter-Coupled Logic）是一种高速、低功耗的数字逻辑接口，常用于高速数据传输和时钟应用。

LVPECL通常的工作电压范围在3.3V到5.0V 之间，输出摆幅在0.8V到2.0V之间。

而TTL（Transistor-Transistor Logic）则是一种更为传统的数字逻辑接口，工作电压通常在5.0V左右，输出摆幅在0.8V到5.0V之间。

要将LVPECL转换为TTL，我们需要设计一个合适的电路来完成这个任务。

以下是一个简单的LVPECL到TTL转换电路的示例：
使用一个LVPECL接收器芯片（如TI的SN74LVC16245）来接收LVPECL信号。

这个芯片可以将LVPECL信号转换为标准的TTL信号。

将LVPECL信号输入到接收器芯片的输入端，然后将其输出连接到TTL电路的输入端。

使用一个标准的TTL输出芯片（如74LS14）来将TTL信号输出到需要的地方。

这个芯片可以接收TTL信号并将其输出到外部设备。

在这个电路中，LVPECL接收器芯片负责将LVPECL信号转换为TTL信号，而TTL输出芯片则负责将TTL信号输出到外部设备。

这个电路可以实现高速、低功耗的数字信号传输，同时也可以保证信号的质量和稳定性。

需要注意的是，在实际应用中，需要根据具体的需求和条件来选择合适的LVPECL接收器和TTL输出芯片，并确保电路的电源和接地稳定可靠。

此外，还需要注意信号的匹配和阻抗问题，以确保信号的传输质量和稳定性。