双积分型ADC的结构和工作原理

双积分型ADC的基本原理是对输入模拟电压Ui和参考电压各进行一次积分，先将模拟电压ui转换成与其大小相对应的时间间隔T，再在此时间间隔内用计数率不变的计数器进行计数，计数器所计下的数字量正比于输入的模拟电压ui。

1.结构组成

图9.10所示为双积分型ADC的结构组成框图。由图9.10可知，双积分型ADC由电子开关、积分器、零比较器、逻辑控制器、计数器等组成。

图9.10　双积分ADC原理框图

由电容和运放构成的积分器是双积分ADC的核心部分，其输入端所接开关S1由定时信号控制。当定时信号为不同电平时，极性相反的输入电压ui和参考电压UR将分别加到积分器的输入端，进行两次方向相反的积分，积分时间常数τ=RC。

过零比较器用来确定积分器的输出电压过零的时刻。当积分器输出电压大于0时，比较器输出为低电平；当积分器输出电压小于0时，比较器输出为高电平。比较器的输出信号接至时钟控制逻辑门作为关门和开门信号。

计数器由n+1个接成计数器的触发器FF0～FFn-1串联组成。触发器FF0～FFn-1组成n级计数器，对输入时钟脉冲CP计数，以便把与输入电压平均值成正比的时间间隔转变成数字信号输出。当计数到2n个时钟脉冲时，FF0～FFn-1均回到0态，而FFn翻转到1态，Qn=1后开关S1位置发生转换。

时钟脉冲源采用标准周期，作为测量时间间隔的标准时间。当U0=1时，门打开，时钟脉冲通过门加到触发器FF0的输入端。

2.工作原理(www.xing528.com)

双积分型ADC在积分前，计数器应先清零，然后闭合电子开关S2，随后再把S2打开，把电容C上储存的电荷电压释放掉。

在采样阶段，开关S1与被测电压接通，S2打开。被测电压被送入积分器进行积分，积分器输出电压小于0，比较器输出高电平1，逻辑控制器控制计数器开始计数，对被测电压的积分持续到计数器由全1变为全0的瞬间。当计数器为n位时，计数时间T1=2nTC（TC是时钟脉冲的周期）。这时积分器的输出电压为

当计数器由全1变为全0时，进入比较阶段，控制器使S1与参考电压-UR相接，这时积分器对-UR反向积分，电压u0逐渐上升，计数器又从0开始计数。当积分器积分至u0=0时，比较器输出低电平0，控制器封锁CP脉冲，使计数器停止计数，若计数器的输出数码为D，此时积分器的输出电压与计数器的输出数码之间的关系为

而T2=DTC，所以

即计数器输出的数码与被测电压成正比，可以用来表示模拟量的采样值。

双积分型ADC的转换精度很高，但转换速度较慢，不适合高速应用场合。但是双积分型ADC的电路不复杂，在数字万用表等对速度要求不高的场合下，仍然得到了较为广泛的使用。