双积分型A/D转换器的优化设计

一、电路组成

双积分型A/D转换器是一种间接A/D转换器。图8.3.8所示为双积分型A/D转换器的原理图，它由积分器、过零比较器、计数器、定时触发器、基准电压UREF、控制电路等部分组成。

图8.3.8　双积分型A/D转换器

二、工作原理

双积分型A/D转换器在一次转换过程中要进行两次积分：第一次，积分器对模拟电压进行定时积分；第二次，对基准电压进行定值积分。故称双积分型A/D转换器。

（1）转换开始前，转换控制信号uS＝0，计数器和定时触发器均被置0，驱动电路将开关S1接入采样保持电压uI。同时，G2输出1，驱动电路使开关S2闭合，令电容C充分放电。

（2）第一次积分（采样阶段）。当转换控制信号uS由0变为1，G2输出0，开关S2断开，开关S1接入采样保持电压uI一侧，积分器开始对uI进行定时积分（第一次积分）。积分结束时，积分器的输出电压uO1（t）为

可见，uO1（t）以uI/（RC）的斜率随时间下降，如图8.3.9所示。

图8.3.9　双积分型A/D转换器工作波形

由于积分器输出电压是自0开始向负方向变化，过零比较器输出uC＝1。这期间，时钟控制门G1一直打开，计数器对脉冲周期为TC的时钟脉冲CP从0开始计数。直到计数器计满2n个CP脉冲后，计数的各触发器自动返回0状态，同时给定时触发器FF送出一个进位信号，令Q＝1，使开关 S1接到 －UREF一侧，第一次积分结束。这段时间就是第一次积分时间T1，显然T1＝2nTC。所以(www.xing528.com)

可见，输出电压与输入uI成正比。

（3）第二次积分（比较阶段）。第一次积分结束，S1接基准电压 －UREF，电容C开始放电，积分器对－UREF进行反向积分（第二次积分），计数器从0开始第二次计数，直到积分器输出电压上升到uO（t）时，由于过零比较器输出uC＝0，G1封锁，计数器停止计数。此时，比较阶段结束，计数器中所存的数码即为所要转换的数字输出量。第二次积分的时间T2＝t2－t1。这时，输出电压为

所以

可见，第二次积分时间与输入信号uI是成正比的。

如在T2时间内，计数器对固定频率fC＝1/TC的CP信号计数，且计数结果为D，则

T2＝DTC

所以

由上式可知：计数器统计的计数结果与输入电压uI是成正比的，从而实现了模拟量到数字量的转换。计数器的位数就是A/D转换器输出数字量的位数。

双积分A/D转换器的主要优点是工作稳定，抗干扰能力强，转换精度高；它的主要缺点是工作速度低。由于双积分型A/D转换器的优点突出，所以，在工作速度要求不高时，应用十分广泛。