双积分式(AD)转换器电路结构及工作原理

双积分式(AD)转换器电路结构及⼯作原理
1.转换⽅式
V-T型间接转换ADC。
扫描探针
2.  电路结构
图1是这种转换器的原理电路,它由积分器(由集成运放A组成)、过零⽐较器(C)、时钟脉冲控制门(G)和计数器(ff0~ff n)等⼏部分组成
图1 双积分A/D转换器
(1)积分器
积分器是转换器的核⼼部分,它的输⼊端所接开关S1由定时信号Q n控制。当Q n为不同电平时,极性相反的输⼊电压v I和参考电压
V REF将分别加到积分器的输⼊端,进⾏两次⽅向相反的积分,积分时间常数τ=RC。
(2)过零⽐较器
过零⽐较器⽤来确定积分器的输出电压v0过零的时刻。当v0≥0时,⽐较器输出v C为低电平;当v0<0时,v C为⾼电平。⽐较器的输出信号接⾄时钟控制门(G)作为关门和开门信号。
(3)计数器和定时器
它由n+1个接成计数器的触发器FF0~FF n-1串联组成。触发器FF0~FF n-1组成n级计数器,对输⼊时钟脉冲CP计数,以便把与输⼊电压平均值成正⽐的时间间隔转变成数字信号输出。当计数到2n个时钟脉冲时,FF0~FF n-1均回到0态,⽽FF n翻转到1态,Q n=1后开关 S1从位置A转接到B。
(4)时钟脉冲控制门
消声室制作
时钟脉冲源标准周期T c,作为测量时间间隔的标准时间。当v C=1时,门打开,时钟脉冲通过门加到触发器FF0的输⼊端。滑动水口
3.⼯作原理
基本原理: 
双积分ADC的基本原理是对输⼊模拟电压和参考电压分别进⾏两次积分,将输⼊电压平均值变成与之成正⽐的时间间隔,然后利⽤时钟脉冲和计数器测出此时间间隔,进⽽得到相应的数字量输出。由于该转换电路是对输⼊电压的平均值进⾏变换,所以它具有很强的抗⼯频⼲扰能⼒,在数字测量中得到⼴泛应⽤。(先对输⼊模拟电压进⾏固定时间的积分,然后转为对标准电压的反相积分,直⾄积分输⼊返回初始值,这两个积分时间的长短正⽐于⼆者的⼤⼩,进⽽可以得出对应模拟电压的数字量。这种A/D转换器的转换速度较慢,但精度较⾼。由双积分式发展为四重积分、五重积分等多种⽅式,在保证转换精度的前提下提⾼了转换速度。)
下⾯以输⼊正极性的直流电压v I为例,说明电路将模拟电压转换为数字量的基本原理。电路⼯作过程分为以下⼏个阶段进⾏,图中 各处的⼯作波形如图2所⽰。
(1) 准备阶段
    ⾸先控制电路提供CR信号使计数器清零,同时使开关S2闭合,待积分放电完毕后,再使S2断开。
(2) 第⼀次积分阶段
在转换过程开始时(t=0),开关S1与A端接通,正的输⼊电压v I加到积分器的输⼊端。积分器从0V开始对v I积分,其波形如图2斜线段所⽰。 根据积分器的原理可得
O-V
(其中τ=RC)
  由于v O<0,过零⽐较器输出为⾼电平,时钟控制门G被打开。于是,计数器在CP作⽤下从0开始计数。经2n个时钟脉冲后,触发器
FF0~FF n-1 都翻转到0态,⽽Q n=1,开关S1由A点转接到B点,第⼀次积分结束,第⼀次积分时间为t=T1=2n T c 令V I为输⼊电压在T1时间间隔内的平均值, 则由式可得第⼀次积分结束时积分器的输出电压为V
p :
图2双积分A/D转换器各处⼯作波形
(3) 第⼆积分阶段
当t=t1时,S1转接到B点,具有与v I相反极性的基准电压-V REF加到积分器的输⼊端;积分器开始向相反⽅向进⾏第⼆次积分;
当t=t2时,积分器输出电压v0≥0,⽐较器输出v C=0,时钟脉冲控制门G被关闭,计数停⽌。在此阶段结束时v0的表达式可写为
设T2=t2-t1,于是有
设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为λ 则 T2=λT cusb存储器
电子管功放电路
可见,T2与V1成正⽐,T2就是双积分A/D转换过程中的中间变量。 
上式表明,在计数器中所得的数λ(λ=Q n-1···Q1Q0),与在取样时间T1内输⼊电压的平均值V I成正⽐的。只要V I<V REF,转换器就能正常地将输⼊模拟电压转换为数字量,并能从计数器读取转换的结果。如果取V REF=2n V,则λ=V I,计数器所计的数在数值上就等于被测电压。
由于双积分A/D转换器在取样时间内采的是输⼊电压的平均值,因此具有很强的抗⼯频⼲扰的能⼒。尤其对周期等于T1或⼏分之⼀的对称⼲扰(所谓对称⼲扰是指整个周期内平均值为零的⼲扰),从理论上来说,有⽆穷⼤的抑制能⼒。既使当⼯频⼲扰幅度⼤于被测直流信号,使得输⼊信号正负变化时,仍有良好的抑制能⼒。由于在⼯业系统中经常碰到的是⼯频(50Hz)或⼯频的倍频⼲扰,故通常选定采样时间T1总是等于⼯频电源周期的倍数,如20ms或40ms等。另⼀⽅⾯,由于在转换过程中,前后两次积分所采⽤的同⼀积分器,因此,在两次积分期间(⼀般在⼏⼗到数百毫秒之间),R、C和脉冲源等元器件参数的变化对转换精度的影响均可忽略。
最后必须指出,在第⼆积分阶段结束后,控制电路⼜使开关S2闭合,电容C放电,积分器回零。电路再次进⼊准备阶段,等待下⼀次转换开始。
订单跟踪管理4.特点
(1)计数脉冲个数λ与RC⽆关,可以减⼩由RC积分⾮线性带来的误差。
(2)对脉冲源CP要求不变,只要在T1+T2时间内稳定即可。
(3)转换精度⾼。
(4)转换速度慢,不适于⾼速应⽤场合。
单⽚集成双积分式A/D转换器有ADC-EK8B(8位,⼆进制码)、ADC-EK10B(10位,⼆进制码)、MC14433(7/2位,BCD码)等。

本文发布于:2024-09-21 23:24:54,感谢您对本站的认可!

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