双积分AD转换器.doc

双积分式A/D转换器1. A/D转换器概述1.1 A/D转换器的基本概念 A/D转换器是模拟量输入通道的核心部件。它是一个把模拟量转换成数字量的装置，采样和量化主要就是通过A/D转换器来实现。在检测系统中，将传感器获取的模拟信号经放大、处理之后，将模拟信号转换成数字信号送入计算机进行处理。1.2 A/D转换器的分类 A/D转换器芯片种类繁多，根据输出数字信号的有效数可分为4位、8位、10位、12位、16位等；从机构原理上看，可以分为计数式、逐次逼近式和双积分式。下面将就双积分式进行简要说明。2. 双积分式A/D转换器2.1双积分式A/D转换器的组成双积分式A/D转换器电路主要由积分器、比较器、计数器、和标准电压源组成。其电路原理图2.1所示： 图2.1 双积分A/D转换器电路图2.2双积分式A/D转换器的工作原理 双积分式A/D转换器在“转换开始”信号控制下，模拟输入电压在固定时间内向电容充电（正向积分），固定积分时间对应于n个时钟脉冲充电的速率与输入电压成正比。当固定时间一到，控制逻辑将模拟开关切换到标准电压端，由于标准电压与输入电压极性相反，电容器开始放电（反向积分），放电期间计数器计数脉冲多少反映了放电时间的长短，从而决定了模拟输入电压的大小。输入电压大，则放电时间长。当电容器放电完毕，比较器输出信号使计数器停止计数，并由控制逻辑发出“转换结束”信号，完成一次A/D转换。 双积分式A/D转换器的工作原理如图2.2所示： 图2.2 双积分式A/D转换器的工作原理2.3双积分式A/D转换器的公式推导从图2.2中可以看出，对标准电压进行反向积分的时间t正比于输入模拟电压，输入模拟电压越大，反向积分所需要的时间越长。因此，只要用标准的高频时钟脉冲测定反向积分所花费的时间，就可以得到输入模拟电压所对应的数字量，即实现了A/D转换。首先，电路对输入的未知模拟量VIN进行固定时间t0的积分，积分器输出为： (2.1)VH与输入模拟电压VIN平均值成正比，然后转换为对标准电压进行反向积分，经过时间t，积分器输出为0。 （2.2） 即： 由此得出： （2.3）若将对VIN的积分时间记为2000，则有： （2.4） 3. 双积分式A/D转换器的特点及应用 这种转换方式的优点是消除干扰和电源噪声的能力强、精度搞，但是缺点是转换速度慢，通常在10-50次/秒。因此，适合于信号变化缓慢，模拟量输入速率要求低，转换精度要求较高且现场干扰较严重的场合。常用的双积分式A/D转换器有3位半（相当于二进制11位分辨率）精度，典型的产品有MC14433、ICL7106/ICL7107/ICL7126系列。ICL7135为4位半（相当于14位二进制分辨率）精度，具有自校零、自动极性、单参考电压、动态字位扫描BCD码输出、自动量程控制信号输出等功能。AD7550/AD7552/AD7555系列中，AD7550为13位二进制补码输出，AD7552为符号位加12位二进制码输出，AD7555为5位半（BCD）精度，动态字位扫描BCD码输出。主要参考文献1 刘士荣 工业控制计算机系统及其应用M 机械工业出版社2 蒋心怡 吴汉松 易曙光 计算机控制技术M 清华大学出版社 北京交通大学出版社3 林敏 计算机控制技术及工程应用M 国防工业出版社4 侯进 计算机控制系统M 电子工业出版社共 4 页 第 4 页