分型A／D轉(zhuǎn)換器組成及原理分析

1、雙積分型AD轉(zhuǎn)換器組成及原理分析雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器組成及原理分析高明黃婧潔牛曉倩(中國礦業(yè)大學(xué)徐州南湖校區(qū)信息與電氣工程學(xué)院)【摘要】雙積分A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分,將輸入電壓平均值變成與之成正比的時間間隔.然后利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出此時間間隔,進而得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出.由于該轉(zhuǎn)換電路是對輸入電壓的平均值進行變換.因此它具有很強的抗工頻干擾能力.【關(guān)鍵詞】雙積分A/D轉(zhuǎn)換器基準電壓多路模擬開關(guān)0引言目前常用的A/D轉(zhuǎn)換器有逐次逼近型轉(zhuǎn)換器,并行轉(zhuǎn)換器,雙積分轉(zhuǎn)換器等.其中,雙積分A/D轉(zhuǎn)換器在數(shù)字電壓表,工業(yè)現(xiàn)場的實時信號采集等領(lǐng)域得到非常廣泛的應(yīng)用.其突出優(yōu)點

2、是轉(zhuǎn)換精度高,工作性能比較穩(wěn)定且抗干擾能力強.其輸出只對輸入信號平均值有響應(yīng);且只要兩次積分過程中積分器的時間常數(shù)相等,計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果就與RC無關(guān),因此該電路對RC精度要求不高,結(jié)構(gòu)比較簡單.1雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的組成A/D轉(zhuǎn)換電路主要由基準電壓電路,多路模擬信號選擇開關(guān),積分電路,過零比較器,邏輯控制,計數(shù)器等電路組成.圖1雙積分A/D轉(zhuǎn)換器組成框圖圖2旗準t南敗理想的基準電壓源應(yīng)不受電源和溫度的影響,為了使量程范圍輸入信號的A/D轉(zhuǎn)換具有更高的精度,基準電壓電路采用功耗小,且溫漂系數(shù)低的AD580基準電壓模塊,提供2.5V穩(wěn)定的基準電壓.同時,考慮到要實際應(yīng)用中有不同量程的要求,可采用

3、圖2所示電路,通過轉(zhuǎn)換開關(guān),對不同量程的模擬量輸入信號提供不同的基準電壓進行比較計算.在選取電阻時,應(yīng)使分壓后各基準電壓的值在各檔量程的上限近.幾個分壓電阻應(yīng)是相同材料,以保證溫漂系數(shù)一致.這樣用幾個同材料電阻(R1,R2,R3)進行分壓,即可獲得若干檔穩(wěn)定性好的基準電壓(UR1,UR2,UR3).2.2多路模擬信號選擇開關(guān)如圖3所示,兩次積分的切換,可使用多路模擬開關(guān)CD4052來實現(xiàn).CD4052內(nèi)有兩個四選一,本設(shè)計只用到一個四選一,未用的一路接地.負參考電源Vref由負電源分壓產(chǎn)生,為電路調(diào)試78方便,使用了精密可調(diào)電阻.信號輸入部分也使用了可調(diào)電阻分壓,以期可以轉(zhuǎn)換更高電壓的信號,信

4、號從JP13輸入.控制邏輯接口從JP3引出.=一=一=一1Icdt=一Jidt:一,dt=f式中,=RC,稱為積分器的rCfal常數(shù).,r=1=一寺f,+(0)t-.cr_r_2.3過零比較電路2.4邏輯控制電路邏輯控制電路可以控制模擬多路開關(guān)的開合,并通過開關(guān)的開閉獲得定時間間隔,還可以在邏輯控制電路的控制下釋放時鐘脈沖開始計數(shù).或關(guān)閉計數(shù)器,停止計數(shù),并令寄存器釋放脈沖數(shù)至譯碼顯示電路,顯示出的數(shù)值.2.5二進制計數(shù)器在雙積分AD轉(zhuǎn)換中要用到定時器來控制完成雙積分電路的三個工作狀態(tài),而定時器由4個計數(shù)器來實現(xiàn),其控制時序波形如圖5所示.首先啟動定時器1,當(dāng)其出現(xiàn)高電平時,啟動定時器2,使模

5、擬開關(guān)進入積分準備狀態(tài),各計數(shù)器清零;當(dāng)定時時間到5ms時,定時器2輸出高電平,啟動定時器3并使模擬開關(guān)進入第一次積分狀態(tài);當(dāng)定時時問到20ms時,定時器3輸出高電平,啟動定時器4又使模擬開關(guān)進入第二次積分狀態(tài),積分器反向充電,當(dāng)輸出電壓小于等于0時,比較器輸出翻轉(zhuǎn)為低電平,同時鎖存定時器4的計數(shù)脈沖數(shù),即為模擬電壓的對應(yīng)數(shù)字量.當(dāng)Z00msN來時,控制電路又進入下一周期.積分器:對Vi:定時積分.積分時間T1,為計數(shù)器由全0計到全1所需的時間.時間T1由CP決定,電壓u0由ui決定.對VR:定值積分.積分時間rI2,為uo由反向積分到0所需的時間.T2由uo決定.比較器:過0比較,Uo>

6、;0時Co=0,封鎖G,使CP不起作用.Uo<0時Co=1,打開G,計數(shù)器能對CP計數(shù).控制門G:控制計定時積分(對Vi)定值秘分(對-VR)=一fuldt=一古=v:一景.”=VI,一r(-VRT:NTV,是”在內(nèi)的平均值.=2T當(dāng)”,:0Vr數(shù)與否.所計的脈沖數(shù)N與Vi在T1內(nèi)的平均值Vi成正比,N即代表了Vi的數(shù)字形式,完成了AD轉(zhuǎn)換.3結(jié)束語本文對雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的組成結(jié)構(gòu)及各部分結(jié)構(gòu)的功能原理做了詳細的介紹,雙積分A/D換器由常見簡單電路結(jié)構(gòu)組成,分析好每部分電路組成及原理,整體的也做了簡單描述.能夠使讀者很清楚的理解和分析電路組成結(jié)構(gòu)及原理.參考文獻:1閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社,2009.2張慧敏.雙積分A/D轉(zhuǎn)換器在運算電路中的應(yīng)用.池州師專學(xué)報,2004.10.3鄧