7135芯片_双积分A_D转换原理

V INT

t i V i

t

RC dt — ti V i dt 二

RC t o

i -

RC V "

(3-i4)

第一阶段T i ,模拟开关S i 导通，其余各模拟开关断开，此阶段可称为对输入电压积分 采样阶段。通常，在进入此阶段之前，积分器的输出已被复零。所以，当输入电压 V i 为正

时，积分器输出向负渐增；当输入 V i 为负时，积分器输出向正渐增，如图 3-25所示。积分 器输出电

压的变化速率与输入电压成正比：

(3-13)

图3-25积分器输出电压波形

采样阶段所经历的时间

T i (T i =t i -t o )是一常值。它常常以计数器对时钟脉冲

f cp 计数来确

定。例如，计数器以 0累计到N i 所对应的时间N i X T cp = N i /如作为T i ,也就是说计数器 从0计到N i 所经历的时间作为对输入电压的积分阶段。 T i 阶段结束时刻积分器之输出电压

为：

① 匕牧小时之积分器输比疲形 ② ”絞戈:时之积分器输出波形

v,->o

z

fll

H ——

T

*

① 少』较小时之积分器输出被形 ② 1耳1较尢时之积分榆出彼形

^<0

專 巧

式中之V 表示在T 1阶段中V i 之积分平均值，如果输入电压 V 是常值，则V \= V i 。将T i =N i /f cp 代入上式，即可得

1 - N i

V INT

M -

(3-15)

RC

f cp

第二阶段T 2(T 2=t 2-t 1),模拟开关S 2或S 3导通，其余开关断开。 此阶段可称为对参考电 压回积阶段。如果采样阶段 T 1中V i >0，则，T 2阶段S 2导通，S 3断开，使积分器之输出从 一开始的-V i T 1/RC 回积到0。反之，如果T 1阶段中V i V 0,则T 2阶段S 3导通，S ?断开，使 积分器之输出

从一开始的 +|V i |T"RC 回积到0。 V INT 在T ?阶段的波形如图3-25所示。由于

T 2阶段积分器对固定的参考电压积分，所以

V INT 之斜率不变。根据回积过程， T ?阶段的时

间长度决定于：

此式表明，在T 1和V R 均为常数时，T 2与V i 成正比，实现了 V/T 转换。

如果T 2也用同一时钟脉冲

f cp 对计数器计数来测量，则在此阶段中计数器所累计的数

N 2=T 2f cp 。将此关系和N 1=「f cp —起代入式(3-16)，即可得出

V?

N 2 二 N 1 —— (3-17)

V R

最终的结果表明，计数器在 T 2阶段中所累计的时钟脉冲个数

N 2正比于被测电压在

T 1

阶段中的平均值V i 。

第三阶段T3 ,模拟开关S 4和S 5导通，其余断开。此阶段可称为复零与准备阶段。这是 个辅助阶段，它要为本次转换作结束工作，为下次转换作好准备工作。 在此期间，逻辑控制

电路将进行一系列逻辑操作：例如，从

T 2结束瞬时开始，可能需要暂时休止控制门的开放， 把计数器所累计的数 N 2送到数据锁存器寄存，以供显示或数据输出；

N 2被锁存之后计数器

要复零，以便为下一次转换作好准备； 控制S 4和S 5导通，积分器被充分放电而复零； 等等。 具有自动复零功能的双积分式 A / D 转换器中，还在这一阶段中安排贮存运算放大器失调与 误差电压。

对于每一次转换来说，积分电容上在T 1(对输入电压积分)阶段中所充得的电荷与在 T 2(对 参考电压回积)阶段中所放掉的电荷是相等的。这种周期性电荷平衡的过程是所有积分式 A

/D 转换器的共同的物理过程。

为了满足对双极性输入电压进行双积分式

A / D 转换的要求，图3-24电路结构中设置

了 +V R 和-V R 一对参考电压，并通过对相应的模拟开关的控制，实现自动极性的转换要求。 但是，在集成化双积分式 A /D 转换器中，为了简化外接电路， 常常采取下列两种办法中的 一种来满足以单参考电压源实现双极性输入时的自动极性转换的要求。

办法之一是：采用电容器储存参考电压，

用桥形模拟开关换接电压极性。 这种方案被使

T 2

V i T 1 RC -T 1

—T V R dt 二 RC 下 V i T 1 RC

.V R T 2 RC

V V R

(3-16)

用于ICL7106/7107/7126等3、字位单片集成双积分式 Af / D 转换器和ICL7135等4、字 位单片集成双积分式 A /D 转换器中，其相关部分的电路如图

3-26所示。在非回积阶段（例

如复零与准备阶段）中，安排模拟开关 S i 与S 2导通，此时参考电压+VR 对C R 进行充分的充 电，储存了此电压。S i 和S 2断开后，靠着CMOS 电路的高阻抗特性，在短暂的时间内， C R

两端的电压可精确地保持 +V R 值。在进入回积阶段时，受极性判别电路控制，使

S 3-S 5或者

S 4-S 6成对导通。由图可知，若

S 3-S 5导通，V AB =+V R ；若S 4-S 6导通，V AB =-V R 。因此，以

V AB 代替图3-24中的土 V R 输入电路就能实现自动极性的

A /D 转换。

图3-27另一种单参考电压自动极性电路

图3-26参考电压极性转换电路

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