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8 2 2A D转换器工作原理 直接A D转换器 并行比较型A D转换器逐次比较型A D转换器间接A D转换器 双积分型A D转换器电压转换型A D转换器 1 逐次比较型A D转换器 天平称重过程 砝码 从最重到最轻 依次比较 保留 移去 相加 逐次比较思路 不同的基准电压 砝码 2020 1 7 1 逐次逼近型ADC电路框图 基准电压UREF n位A D转换器 电路由启动脉冲启动后 2020 1 7 2 实例 8位A D转换器 输入模拟量uI 6 84V D A转换器基准电压UREF 10V 相对误差仅为0 06 转换精度取决于位数 uI uO为1否则为0 2020 1 7 3 8位逐次比较型A D转换器波形图 2020 1 7 4 2 双积分型A D转换器 基本原理 对输入模拟电压uI和基准电压 UREF分别进行积分 将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔T2 然后在这个时间间隔里对固定频率的时钟脉冲计数 计数结果N就是正比于输入模拟信号的数字量信号 1 电路组成 2020 1 7 5 双积分型ADC电路 积分器 Qn 0 对被测电压uI进行积分 Qn 1 对基准电压 UREF进行积分 检零比较器C 当uO 0时 uC 0 当uO 0时 uC 1 计数器 为n 1位异步二进制计数器 第一次计数 是从0开始直到2n对CP脉冲计数 形成固定时间T1 2nTc Tc为CP脉冲的周期 T1时间到时Qn 1 使S1从A点转接到B点 第二次计数 是将时间间隔T2变成脉冲个数N保存下来 时钟脉冲控制门G1 当uC 1时 门G1打开 CP脉冲通过门G1加到计数器输入端 2020 1 7 6 积分器 Qn 0 对被测电压uI进行积分 Qn 1 对基准电压 UREF进行积分 检零比较器C 当uO 0时 uC 0 当uO 0时 uC 1 计数器 为n 1位异步二进制计数器 第一次计数 是从0开始直到2n对CP脉冲计数 形成固定时间T1 2nTc Tc为CP脉冲的周期 T1时间到时Qn 1 使S1从A点转接到B点 第二次计数 是将时间间隔T2变成脉冲个数N保存下来 时钟脉冲控制门G1 当uC 1时 门G1打开 CP脉冲通过门G1加到计数器输入端 1 电路组成 2020 1 7 7 2 工作原理 双积分型ADC的工作波形 先定时 T1 对uI正向积分 得到Up Up uI 再对 UREF积分 积分器的输出将从Up线性上升到零 这段积分时间是T2 T2 Up uI 在T2期间内计数器对时钟脉冲CP计得的个数为N N T2 Up uI 由于这种转换需要两次积分才能实现 因此称该电路为双积分型ADC 2020 1 7 8 工作过程 准备阶段 转换控制信号CR 0 将计数器清0 并通过G2接通开关S2 使电容C放电 同时 Qn 0使S1接通A点 2020 1 7 9 采样阶段 当t 0时 CR变为高电平 开关S2断开 积分器从0开始对uI积分 积分器的输出电压从0V开始下降 即 2020 1 7 10 2020 1 7 11 与此同时 由于uO 0 故uC 1 G1被打开 CP脉冲通过G1加到FF0上 计数器从0开始计数 直到当t t1时 FF0 FFn 1都翻转为0态 而Qn翻转为1态 将S1由A点转接到B点 采样阶段到此结束 若CP脉冲的周期为Tc 则T1 2nTc 2020 1 7 12 设UI为输入电压在T1时间间隔内的平均值 则第一次积分结束时积分器的输出电压为 2020 1 7 13 比较阶段 在t t1时刻 S1接通B点 UREF加到积分器的输入端 积分器开始反向积分 uO开始从Up点以固定的斜率回升 若以t1算作0时刻 此时有 2020 1 7 14 当t t2时 uO正好过零 uC翻转为0 G1关闭 计数器停止计数 在T2期间计数器所累计的CP脉冲的个数为N 且有T2 NTC 2020 1 7 15 若以t1算作0时刻 当t T2时 积分器的输出uO 0 此时则有 2020 1 7 16 可见 T2 UI 由于T1 2nTc 所以有 2020 1 7 17 结论 可见 N UI uI 实现了A D转换 N为转换结果 第一 如果减小uI 即图7 12中的uI 则当t T1时 uO Up 显然Up Up 从而有T2 T2 第二 T1的时间长度与uI的大小无关 均为2nTc 第三 第二次积分的斜率是固定的 与Up的大小无关 由于T2 NTc 所以 2020 1 7 18 优点1 抗干扰能力强 积分采样对交流噪声有很强的抑制能力 如果选择采样时间T1为20ms的整数倍时 则可有效地抑制工频干扰 缺点 转换速度较慢 完成一次A D转换至少需要 T1 T2 时间 每秒钟一般只能转换几次到十几次 因此它多用于精度要求高 抗干扰能力强而转