双积分型A／D转换器组成及原理分析

1、双积分型ad转换器组成及原理分析双积分型a/d转换器组成及原理分析高明黄婧洁牛晓倩(中国矿业大学徐州南湖校区信息与电气工程学院)【摘要】双积分a/d转换器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.因此它具有很强的抗工频干扰能力.【关键词】双积分a/d转换器基准电压多路模拟开关0引言目前常用的a/d转换器有逐次逼近型转换器,并行转换器,双积分转换器等.其中,双积分a/d转换器在数字电压表,工业现场的实时信号采集等领域得到非常广泛的应用.其突出优点

2、是转换精度高,工作性能比较稳定且抗干扰能力强.其输出只对输入信号平均值有响应;且只要两次积分过程中积分器的时间常数相等,计数器的计数结果就与rc无关,因此该电路对rc精度要求不高,结构比较简单.1双积分型a/d转换器的组成a/d转换电路主要由基准电压电路,多路模拟信号选择开关,积分电路,过零比较器,逻辑控制,计数器等电路组成.图1双积分a/d转换器组成框图图2旗准t南败理想的基准电压源应不受电源和温度的影响,为了使量程范围输入信号的a/d转换具有更高的精度,基准电压电路采用功耗小,且温漂系数低的ad580基准电压模块,提供2.5v稳定的基准电压.同时,考虑到要实际应用中有不同量程的要求,可采用

3、图2所示电路,通过转换开关,对不同量程的模拟量输入信号提供不同的基准电压进行比较计算.在选取电阻时,应使分压后各基准电压的值在各档量程的上限近.几个分压电阻应是相同材料,以保证温漂系数一致.这样用几个同材料电阻(r1,r2,r3)进行分压,即可获得若干档稳定性好的基准电压(ur1,ur2,ur3).2.2多路模拟信号选择开关如图3所示,两次积分的切换,可使用多路模拟开关cd4052来实现.cd4052内有两个四选一,本设计只用到一个四选一,未用的一路接地.负参考电源vref由负电源分压产生,为电路调试78方便,使用了精密可调电阻.信号输入部分也使用了可调电阻分压,以期可以转换更高电压的信号,信

4、号从jp13输入.控制逻辑接口从jp3引出.=一=一=一1icdt=一jidt:一,dt=f式中,=rc,称为积分器的rcfal常数.,r=1=一寺f,+(0)t-.cr_r_2.3过零比较电路2.4逻辑控制电路逻辑控制电路可以控制模拟多路开关的开合,并通过开关的开闭获得定时间间隔,还可以在逻辑控制电路的控制下释放时钟脉冲开始计数.或关闭计数器,停止计数,并令寄存器释放脉冲数至译码显示电路,显示出的数值.2.5二进制计数器在双积分ad转换中要用到定时器来控制完成双积分电路的三个工作状态,而定时器由4个计数器来实现,其控制时序波形如图5所示.首先启动定时器1,当其出现高电平时,启动定时器2,使模

5、拟开关进入积分准备状态,各计数器清零;当定时时间到5ms时,定时器2输出高电平,启动定时器3并使模拟开关进入第一次积分状态;当定时时问到20ms时,定时器3输出高电平,启动定时器4又使模拟开关进入第二次积分状态,积分器反向充电,当输出电压小于等于0时,比较器输出翻转为低电平,同时锁存定时器4的计数脉冲数,即为模拟电压的对应数字量.当z00msn来时,控制电路又进入下一周期.积分器:对vi:定时积分.积分时间t1,为计数器由全0计到全1所需的时间.时间t1由cp决定,电压u0由ui决定.对vr:定值积分.积分时间ri2,为uo由反向积分到0所需的时间.t2由uo决定.比较器:过0比较,uo>

6、;0时co=0,封锁g,使cp不起作用.uo<0时co=1,打开g,计数器能对cp计数.控制门g:控制计定时积分(对vi)定值秘分(对-vr)=一fuldt=一古=v:一景.”=vi,一r(-vrt:ntv,是”在内的平均值.=2t当”,:0vr数与否.所计的脉冲数n与vi在t1内的平均值vi成正比,n即代表了vi的数字形式,完成了ad转换.3结束语本文对双积分a/d转换器的组成结构及各部分结构的功能原理做了详细的介绍,双积分a/d换器由常见简单电路结构组成,分析好每部分电路组成及原理,整体的也做了简单描述.能够使读者很清楚的理解和分析电路组成结构及原理.参考文献:1阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社,2009.2张慧敏.双积分a/d转换器在运算电路中的应用.池州师专学报,2004.10.3邓