双积分ADC小论文

1、双积分ADC工作原理及其优点分析谭盛龙（内蒙古大学 电子信息工程学院，中国 呼和浩特，010021）摘要：本文首先介绍了ADC的工作原理，详细分析了双积分ADC的工作原理及其优点。列举了常用的双积分ADC ICL7135芯片并分析了其主要特征。关键词：双积分；ADC；优点 The double integral ADC working principle and analysisits of its advantagesTAN Sheng-long(College of Electronic Information Engineering,Inner Mongolia University,H

2、ohhot 010021，China)Abstract：The paper firstly introduces the working principle of ADC, and analyses the double integral ADC principle of work detailed and its advantages,Lists the commonly used double integral ADC ICL7135 chip and analyzes the main features.Key words: Double integral; ADC; advantage

3、s1 .ADC的基本工作原理AD转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过取样、保持、量化和编码四个步骤完成。 1.1 取样和保持取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。其过程如图 1-1 所示。图中为输入模拟信号，为采样脉冲，为取样后的输出信号。图 1-1 取样过程 在取样脉冲作用期内，取样开关接通，使， 在其它时间内，输出为零。因此，每经过一个取样周期， 对输入信号取样一次，在输出端便得到输入信号的一个取样值。为了不失真地恢复原来的输入信号，根据取样定理，一个频率有限的模拟信号，其取样

4、频率必须大于等于输入模拟信号包含的最高频率的两倍，即取样频率必须满足： 模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲。采样脉冲宽度一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在取样电路之后须加保持电路。图1-2是一种常见的取样保持电路， 场效应管为采样门，电容为保持电容，运算放大器为跟随器，起缓冲隔离作用。在取样脉冲到来的时间内，场效应管导通，输入模拟量向电容充电；假定充电时间常数远小于，那么上的充电电压能及时跟上的采样值。采样结束，迅速截止，电容上的充电电压就保持了前一取样时间的输入的值，一直保持到下一个取样脉冲到来为止。 当下一个取样脉冲到来，电容

5、上的电压再按输入变化。在输入一连串取样脉冲序列后，取样保持电路的缓冲放大器输出电压便得到如图1-2所示的波形。 图1-2 取样保持电路及输出波形1.2量化和编码输入的模拟电压经过取样保持后，得到的是阶梯波。由于阶梯的幅度是任意的，将会有无限个数值，因此该阶梯波仍是一个可以连续取值的模拟量。另一方面，由于数字量的位数有限，只能表示有限个数值(位数字量只能表示个数值)。因此，用数字量来表示连续变化的模拟量时就有一个类似于四舍五入的近似问题。必须将取样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过程称为量化。指定的离散电平称为量化电平。用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为编码。两个量化电平之间的

6、差值称为量化间隔，位数越多，量化等级越细，就越小。取样保持后未量化的值与量化电平值通常是不相等的，其差值称为量化误差， 即。量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。 2. 双积分ADC双积分型ADC的转换原理是先将模拟电压转换成与其大小成正比的时间间隔，再利用基准时钟脉冲通过计数器将变换成数字量。图2-1是双积分型ADC的原理框图，它由积分器，零值比较器，时钟控制门和计数器（计数定时电路）等部分构成。图 2-1 双积分ADC原理框图积分器：由运算放大器和积分网络组成，这是转换器的核心。它的输入端接开关，开关受触发器的控制，当时，接输入电压，积分器对输入信号电压（正极性）积分（正向积分）；

7、当 时，接基准电压（负极性），积分器对基准电压积分（负向积分）。 因此，积分器在一次转换过程中进行两次方向相反的积分。 积分器输出接零值比较器。零值比较器：当积分器输出时，比较器输出；当积分器输出时，比较器输出。零值比较器输出作为控制门的门控信号。 时钟控制门：时钟控制门有两个输入端，一个接标准时钟脉冲源，另一个接零值比较器输出。当零值比较器输出 时，门开，标准时钟脉冲通过门加到计数器；当零值比较器输出时，门关，标准时钟脉冲不能通过门加到计数器，计数器停止计数。 计数器（计数定时电路）： 它由个触发器构成，触发器构成位二进制计数器，触发器实现对的控制。 计数定时电路在启动脉冲的作用下，全部触发

8、器被置0，触发器输出，使开关接输入电压，同时位二进制计数器开始计数（设电容上初始值为0，并开始正向积分， 则此时，比较器输出，门开）。当计数器计入个脉冲后，触发器状态由 11111回到00000，触发，使，发出定时控制信号，使开关转接至，触发器再从00000开始计数，并开始负向积分，逐步上升。当积分器输出时，零值比较器输出，门关，计数器停止计数，完成一个转换周期，把与输入模拟信号平均值成正比的时间间隔转换为数字量。 图2-2 双积分ADC工作波形2.1取样阶段 在启动脉冲作用下，将全部触发器置0，由于触发器输出，使开关接输入电压，A/D转换开始， 加到积分器的输入端后，积分器对进行正向积分。由

9、于此时，比较器输出，门开，位二进制计数器开始计数，一直到（为时钟周期）时，触发器状态回到 00000，而触发器由 0 翻转为 1，由于，使开关转接至，至此，取样阶段结束，可求 其中为积分时间常数。当为正极性不变常量时，值为 2.2比较阶段开关转至后，积分器对基准电压进行负向积分，积分器输出为 当时，零值比较器输出,门关，计数器停止计数，完成一个转换周期。假设此时计数器已记录了个脉冲， 则 可求得 由上式可见，计数器记录的脉冲数与输入电压成正比， 计数器记录个脉冲后的状态就表示了的数字量的二进制代码，实现了A/D转换。 3.双积分ADC的优点a)转换结果与时间常数无关，从而消除了由于斜波电压非线

10、性带来的误差，允许积分电容在一个较宽范围内变化，而不影响转换结果。b)由于输入信号积分的时间较长，且是一个固定值，而正比于输入信号在内的平均值，这对于叠加在输入信号上的干扰信号有很强的抑制能力。c)这种A/D转换器不必采用高稳定度的时钟源，它只要求时钟源在一个转换周期内保持稳定即可。这种转换器被广泛应用于要求精度较高而转换速度要求不高的仪器中。 4.双积分ADC转换芯片ICL71354.1 ICL7135功能介绍 ICI7135是4位双积分A/D转换芯片,可以转换输出20000个数字量,有STB选通控制的BCD码输出,与微机接口十分方便.ICL7135具有精度高(相当于14位A/D转换),价格

11、低的优点.其转换速度与时钟频率相关,每个转换周期均有:自校准(调零),正向积分(被测模拟电压积分),反向积分(基准电压积分)和过零检测四个阶段组成,其中自校准时间为10001个脉冲,正向积分时间为10000个脉冲,反向积分直至电压到零为止(最大不超过20001个脉冲).故设计者可以采用从正向积分开始计数脉冲个数,到反向积分为零时停止计数.将计数的脉冲个数减10000,即得到对应的模拟量.图1给出了ICL7135时序,由图4-1可见,当BUSY变高时开始正向积分,反向积分到零时BUSY变低,所以BUSY可以用于控制计数器的启动/停止。ICL7135精度高、抗干扰性能好、价格低,应用十分广泛。图4-1 1CL7135时序4