双积分模数转换电路的设计

双积分模数转换电路的设计第1页，共22页，2023年，2月20日，星期三A/D转换的方法和种类双积分法--------电压的充电和放电

（与运放的频带宽度有关）（三位半数字电压表）逐次比较法-----每次与减一半的电压比较

（与转换精度有关，8位需比较9次）（0800D/A转化器、全加器和逻辑组合电路实现）量化反馈法-----量化后的电压反馈回输入端再进行比较

（速率比逐次比较快一些）（几个电压比较）并行法-----------同时一次性与不同的电压比较

（速率最高，一个时钟脉冲）（多个电压比较）第2页，共22页，2023年，2月20日，星期三设计目的不过分注重设计结果，而是注重设计过程通过实验电路的设计，加强光电仪器电子学系统的设计、调试能力。熟悉双积分A/D转换原理加强运放构成的积分电路的应用技术加强模拟电路和数字电路的混合应用技术锻炼科技写作能力（研究报告）第3页，共22页，2023年，2月20日，星期三双积分A/D转换原理

V-T转换原理时间刻度细分原理三个控制开关设计原理数码显示原理第4页，共22页，2023年，2月20日，星期三V-T转换原理

电压（V）用时间（T）来度量时间测量电路在数字电路中易于实现实现方法：双积分原理第5页，共22页，2023年，2月20日，星期三积分电路若分时段施加不同电压：第6页，共22页，2023年，2月20日，星期三双积分电路一次积分（充电过程）T=t1-t0Vi为被测电压

（恒定电压）二次积分（放电过程）Ti=ti-t1VR为基准电压（恒定电压）令V0初为零；若t=ti时刻，V0末也为零时，则Vi电压为正，VR必须为负；第7页，共22页，2023年，2月20日，星期三双积分电路斜率是可变的当积分过程结束时，Vi越大V0越负采样过程斜率是固定的当V0末为零时，Ti为对应的过零时刻测量过程Vi越大，过零的时间越长若基准电压VR为负电压采样时间T恒定则只要测出Ti（用数字表示）的大小，就可知被测电压Vi第8页，共22页，2023年，2月20日，星期三双积分输出电压随时间变化的关系曲线清零阶段（K3）采样阶段（K1）测量阶段（K2）设：K1:K2:K3=1:2:1重复测量时间=50msK1=12.5msK2=25msK3=12.5ms第9页，共22页，2023年，2月20日，星期三双积分电路原理跟随器积分电路比较器模拟开关第10页，共22页，2023年，2月20日，星期三双积分转换电路各点波形关键技术：时间刻度细分原理三个模拟开关设计原理第11页，共22页，2023年，2月20日，星期三关键技术1：时间刻度细分原理其中，TS为计时周期；时钟电路

n为采样时间内的时钟脉冲个数；n进制计数器

ni为测量时间内的脉冲个数；数据锁存器

VR为基准电压-2V

Vi为被测电压0~2V第12页，共22页，2023年，2月20日，星期三测量显示时间计数器原理框图第13页，共22页，2023年，2月20日，星期三关键技术2：三个模拟开关设计原理

--------开关控制脉冲的产生利用两类门电路组合逻辑实现第14页，共22页，2023年，2月20日，星期三三个模拟开关设计原理

--------4066模拟开关4066有四个模拟开关VDD–VSS=15V，工作在双电源，则最大为±7.5V若VDD和VSS分别为±5V，则不需要电平提升电路第15页，共22页，2023年，2月20日，星期三开关控制脉冲发生器原理第16页，共22页，2023年，2月20日，星期三四张电路原理框图基准电压宽脉冲变窄脉冲第17页，共22页，2023年，2月20日，星期三第18页，共22页，2023年，2月20日，星期三系统主要参数计算

系统主频CP

基准电压VR第19页，共22页，2023年，2月20日，星期三系统主频CP（4MHz）系统主频与设计指标的关系：（1）被测电压的最小分辨率---------1mV（定计数值）

（2）被测电压的最大值---------------2V（定参考电压）

（3）转换速率------------------------50ms（定周期）根据公式：其中，T=12.5ms、n=2000、TS=6.25μs，fS=160KHz。采用4MHz的时钟（石英晶体）经25分频得160KHz。第20页，共22页，2023年，2月20日，星期三基准电压VR（–2V）当n=2000、ni=2000时，Vi=–VR

由此可设想，当VR不等于–2V时，ni=2000，也不再代表Vi=2V。结论：基准电压的基准值和稳定性十分重要第21页，共22页，2023年，2月20日，星期三