【摘要】双积分 A /D 转换器对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分 , 将输入电压平均值变成与之成正比的时间间隔。然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔 , 进而得到相应的数字量输出。由于该转换电路是对输入电压的平均值进行变换 , 因此它具有很强的抗工频干扰能力。
【关键词】双积分 A/D 转换器 基准电压 多路模拟开关
0 引言 目前常用的 A /D 转换器有逐次逼近型转换器、并行转换器、双积分转换器等。其中 , 双积分 A /D 转换器在数字电压表、工业现场的实时信号采集等领域得到非常广泛的应用。其突出优点是转换精度高、工作性能比较稳定且抗干扰能力强。其输出只对输入信号平均值有响应；且只要两次积分过程中积分器的时间常数相等，计数器的计数结果就与 RC 无关，因此该电路对 RC 精度要求不高，结构比较简单。
1 双积分型 A/D 转换器的组成 A /D 转换电路主要由基准电压电路、多路模拟信号选择开关、积分电路、过零比较器、逻辑控制、计数器等电路组成。
2 双积分型 A/D 转换器组成电路工作原理 2.1 基准电压电路 理想的基准电压源应不受电源和温度的影响，为了使量程范围输入信号的 A /D 转换具有更高的精度 , 基准电压电路采用功耗小 , 且温漂系数低的 AD580 基准电压模块 , 提供 2. 5V 稳定的基准电压。同时 , 考虑到要实际应用中有不同量程的要求 , 可采用图 2 所示电路 , 通过转换开关 , 对不同量程的模拟量输入信号提供不同的基准电压进行比较计算。在选取电阻时 , 应使分压后各基准电压的值在各档量程的上限近。几个分压电阻应是相同材料 , 以保证温漂系数一致。这样用几个同材料电阻 (R 1 、 R 2 、 R 3 ) 进行分压 , 即可获得若干档稳定性好的基准电压 ( UR 1 、 UR 2 、 UR 3 ) 。
2.2 多路模拟信号选择开关 如图 3 所示，两次积分的切换，可使用多路模拟开关 CD4052 来实现。 CD4052 内有两个四选一，本设计只用到一个四选一，未用的一路接地。负参考电源 Vref 由负电源分压产生，为电路调试方便，使用了精密可调电阻。信号输入部分也使用了可调电阻分压，以期可以转换更高电压的信号，信号从 JP1 － 3 输入。控制逻辑接口从 JP3 引出。 2.3 过零比较电路
2.4 逻辑控制电路 逻辑控制电路可以控制模拟多路开关的开合，并通过开关的开闭获得定时间间隔，还可以在逻辑控制电路的控制下释放时钟脉冲开始计数。或关闭计数器，停止计数 , 并令寄存器释放脉冲数至译码显示电路 , 显示出的数值。
2.5 二进制计数器 在双积分 AD 转换中要用到定时器来控制完成双积分电路的三个工作状态，而定时器由 4 个计数器来实现，其控制时序波形如图 5 所示。首先启动定时器 1 ，当其出现高电平时，启动定时器 2 ，使模拟开关进入积分准备状态，各计数器清零；当定时时间到 5ms 时，定时器 2 输出高电平，启动定时器 3 并使模拟开关进入第一次积分状态；当定时时问到 20ms 时，定时器 3 输出高电平，启动定时器 4 又使模拟开关进入第二次积分状态，积分器反向充电，当输出电压小于等于 0 时，比较器输出翻转为低电平，同时锁存定时器 4 的计数脉冲数，即为模拟电压的对应数字量。当 Z00msN 来时，控制电路又进入下一周期。
积分器：对 Vi: 定时积分。积分时间 T1 ，为计数器由全 0 计到全 1 所需的时间。时间 T1 由 CP 决定，电压 Uo 由 Ui 决定。对 VR: 定值积分。积分时间 T2 ，为 Uo 由反向积分到 0 所需的时间。 T2 由 Uo 决定。
比较器：过 0 比较， Uo > 0 时 Co=0, 封锁 G, 使 CP 不起作用。 Uo < 0 时 Co=1, 打开 G, 计数器能对 CP 计数。控制门 G ：控制计数与否。
所计的脉冲数 N 与 Vi 在 T1 内的平均值 Vi 成正比， N 即代表了 Vi 的数字形式，完成了 AD 转换。
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