双积分型A／D转换器组成及原理分析
双积分型ADC
双积分型ADC姓名：范雄飞一．原理图双积分型ADC属于间接ADC，其基本原理是先把输入模拟信号转换成与之成正比的时间间隔，然后在这个时间间隔内利用计数器对固定频率的计数脉冲进行计数，计数器的计数值就是A/D转换后输出的数字量，它与输入模拟信号成正比。
双积分型ADC的原理框图如图11.10所示，它包含积分器、比较器、计数器和时钟控制门等几部分。
双积分型ADC的工作过程如下：转换开始前，转换控制信号uL=0，将各触发器清零，同时控制开关S2闭合，使积分电容C完全放电，积分器输出uO=0。
当uL=1时开始转换，转换过程分为两次积分：计数器记录的脉冲数N就是A/D转换后输出的数字量，由上式可知，它与输入模拟信号成正比。
双积分型ADC的工作波形如图所示。
双积分型ADC的转换速度低，但工作性能比较稳定，转换结果与R、C等参数无关，具有较强的抗干扰能力，广泛用于低速高精度要求的数字式仪表（如数字电压表）中。
二．转换精度单片集成A/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。
1. 分辨率A/D转换器的分辨率以输出二进制（或十进制）数的位数来表示。
它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。
从理论上讲，n位输出的A/D转换器能区分2n个不同等级的输入模拟电压，能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。
在最大输入电压一定时，输出位数愈多，分辨率愈高。
例如A/D转换器输出为8位二进制数，输入信号最大值为5V,那么这个转换器应能区分出输入信号的最小电压为9.53mV。
2. 转换误差转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。
它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。
常用最低有效位的倍数表示。
例如给出相对误差≤±LSB/2，这就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。
三． 5G14433A/D 转换器的特性及结构5G14433是上海元件五厂生产的三位半ADC ，它是一种双积分型ADC ，具有精度高(精度相当于11位二进制ADC)、抗干扰性能好等优点。
12位双积分AD转换器ICL7109
12位双积分A/D转换器ICL7109 ICL7109是美国Intersil公司生产的一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分式12位A/D转换器。
由于目前逐次比较式的高速12位A/D转换器一般价格都很高，在要求速度不太高的场合，如用于称重，测压力等各种高精度测量系统时，可以采用廉价的双积分式高精度A/D 转换器ICL7109。
ICL7109最大的特点是其数据输出为12位二进制数，并配有较强的接口功能，能方便的与各种微处理器相连。
一、ICL7109的内部结构与芯片引脚功能1、ICL7109的内部电路结构ICL7109的内部电路有模拟电路和数字电路部分组成。
模拟电路部分由模拟信号输入振荡电路、积分、比较电路以及基准电压源电路组成。
下图为数字电路部分的结构。
他由时钟振荡器、异步通讯握手逻辑、转换控制逻辑以及计数器、锁存器、三态门组成。
高位字节输出引脚低位字节输出引脚17 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16ICL7109 1816位三态输出16 2014位锁存器模拟电路部分12位计数器电压比较器输出振荡器及时钟电路转换控制逻辑握手逻辑2 26 22 23 24 25 21 27图1 ICL7109数字电路部分内部结构2、ICL7109的功能引脚ICL7109为40引脚双列直插式封装，其引脚如图2所示。
各引脚功能如下：GND：数字地，0VSTATUS：状态输出，ICL7109转换结束时，该引脚发出转换结束信号。
POL：极性输出，高电平表示ICL7109的输出信号为正。
OR：过程量状态输出，高电平表示过程量B1~B12：三态转换结果输出，B12为最高位，B1为最低位TEST：此引脚仅适用于测试芯片，接高电平时为正常操作，接低电平时则强迫所有位B1~B12输出为高电平。
LBEN：低电平使能端。
当MODE和CE/LOAD均为低电平时，此信号将作为低位字节（B1~B8）输出选通信号；当MODE位高电平时，此信号将作为低位字节输出。
电气检测技术(新9)AD转换原理
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1) ai为输入数字量，接CPU的DBUS。可选用 不同的代码，常用的DAC采用二进制码。
2)触发器构成的缓冲寄存器(锁存器)，锁存 CPU送来的数据。得到和暂存对应的输出电压。
压分辨率为5V/255≈20mV；10位DAC的分辨率为 5V/1023≈5mV。 位数越多，分辩率越高，转换的精度也越高。
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测量系统用ADC的主要类型：
1、适用于数字仪器、仪表的ADC； 这类产品多半设计成BCD码输出，转换速度 一般较低(每秒转换十几次)。
2、适用测量系统作模／数接口部件的ADC。 这类产品的转换速度较高，多半以二进制代码 (含双极性代码)输出，常设计成带有三态 输出锁存器，能方便实现与微处理器直接接口。
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3、应用
产品种类多，转换能力有很大的差异； 有8Bit、10Bit、12Bit、14Bit、16Bit等。 在这些不同转换能力的ADC中，又包括有并行输 出的ADC，以及输出为串行的ADC。 常见的8Bit的有NS公司的ADC0801、DC0802、 ADC0803、ADC0804系列及ADC0808、 ADC0809系列 10Bit有AD公司的AD574，MAXIM公司 MAX1425、MAX1426 12Bit有AD公司的AD7888，MAXIM公司 MAX170、MAX172
有些DAC芯片内无缓冲寄存器，此时须外接， 如74LS273、373等锁存器。
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3) 模拟开关按输入的数字量接通或断开解码 网相应支路的电流或电压；对它的要求比接通或 断开开关量的电子开关更高。希望动作快；接通 电阻很小，断开电阻很大，且稳定性好。在DAC 中有电压型开关和恒流型电流开关之分。
A-D转换器的原理和三种类型介绍
A/D 转换器的原理和三种类型介绍
在仪器仪表系统中，常常需要将检测到的连续变化的模拟量如：温度、压力、流量、速度、光强等转变成离散的数字量，才能输入到计算机中进行处理。
这些模拟量经过传感器转变成电信号（一般为电压信号），经过放大器放大后，就需要经过一定的处理变成数字量。
实现模拟量到数字量转变的设备通常称为模数转换器（ADC），简称A/D。
随着集成电路的飞速发展，A/D 转换器的新设计思想和制造技术层出不穷。
为满足各种不同的检测及控制需要而设计的结构不同、性能各异的A/D 转换器应运而生。
下面讲讲A/D 转换器的基本原理和分类。
根据A/D 转换器的原理可将A/D 转换器分成两大类。
一类是直接型A/D
转换器，将输入的电压信号直接转换成数字代码，不经过中间任何变量；另一类是间接型A/D 转换器，将输入的电压转变成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等），然后再将这个中间量变成数字代码输出。
尽管A/D 转换器的种类很多，但目前广泛应用的主要有三种类型：逐次。
双积分型A／D转换器组成及原理分析
双积分型A/D转换器组成及原理分析【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。
a d转换器工作原理
a d转换器工作原理
AD转换器是模拟信号和数字信号之间的转换器。
在AD转换过程中，模拟信号首先经过采样，然后经过量化和编码，最后转换为数字信号输出。
AD转换器的工作原理如下：
1. 采样：AD转换器会连续地对模拟信号进行采样，即在确定的时间间隔内获取一系列离散的样本值。
采样定理规定采样频率应该是模拟信号最高频率的两倍以上，以避免信号失真。
2. 量化：采样后的模拟信号经过量化处理，将连续的模拟信号转换为离散的量化电平。
量化的目的是将连续的模拟信号离散化，使其能够用数字形式表示。
量化过程中会根据固定的量化级别将连续的模拟信号映射到特定的离散电平上。
3. 编码：量化后的模拟信号需要通过编码转换为数字信号。
编码过程中使用的编码方式包括二进制编码、格雷码等。
编码后的信号将每个量化电平映射为一个数字代码，以表示该离散电平的数值。
4. 数字信号输出：编码后的数字代码通过输出接口输出为数字信号，供其他数字电路或设备使用。
数字信号可以在计算机系统中进行数字信号处理、分析和存储等操作。
总的来说，AD转换器通过采样、量化和编码的过程将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样将模拟信号离散化，量
化将离散化后的信号分级表示，编码将信号转换为数字代码，最后输出为数字信号。
这样可以实现模拟信号的数字化处理和传输。
双积分式A-D转换器
双积分式A/D转换器双积分式A/D转换器是一种间接A/D转换器。
它的基本原理是，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换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交换，所以它具有很强的抗工频干扰能力，在数字测量中得到广泛应用。
图1是双积分式A/D转换器的原理电路，它由积分器（由集成运放A组成），过零比较器（C）、时钟脉冲控制门（G）和定时/计数器（）等几部分组成。
图1 双积分A/D转换器积分器是转换器的核心部分，它的输入端所接开关控制。
当为不同电平时，极性相反的输入电压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t=RC。
过零比较器用来确定积分器输出电压过零的时刻。
当³0时，比较器输出为低电平；当<0时，为高电平。
比较器的输出信号接至时钟控制门（G）作为关门和开门信号。
计数器和定时器由个接成计数型的触发器串联组成。
触发器组成n级计数器，对输入时钟脉冲CP记数，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。
当记数到个时钟脉冲时，均回到0态，而翻转为1态，后开关从位置A转接到B。
时钟脉冲控制门时钟脉冲源标准周期作为测量时间间隔的标准时间。
当vc=1时门打，时钟脉冲通过门加到触发器FF0的输入端。
下面以输入正极性的直流电压为例，说明电路将模拟电压转换为数字量的基本原理。
电路工作过程分为以下几个阶段进行，图中各处的工作波形如图2所示。
（1）准备阶段首先控制电路提供CR信号使计数器清零，同时使开关闭合，待积分电容放电完毕后，再使断开。
（2）第一次积分阶段在转换过程开始时（t=0），开关与A端接通，正的输入电压加到积分器的输入端。
积分器从0V开始对积分，其波形如图7.24斜线O- 段所示。
根据积分器的原理可得由于<0，过零比较器输出为高电平，时钟控制门G 被打开。
A-D转换器原理
A/D转换器原理
A/D 转换器原理
A/D 转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。
模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。
但在A/D 转换前，输入到A/D 转换器的输入信号必须经各种
传感器把各种物理量转换成电压信号。
A/D 转换后，输出的数字信号可以有8 位、10 位、12 位和16 位等。
A/D 转换器的工作原理主要介绍以下三种方法：逐次逼近法双积分法电压频率转换法
(1). 逐次逼近法逐次逼近式A/D 是比较常见的一种A/D 转换电路，转换的时间为微秒级。
采用逐次逼近法的A/D 转换器是由一个比较器、D/A 转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图4.21 所示。
基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
逐次逼近法
图4.21 逐次逼近式A/D 转换器原理框图逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A 转换器，经D/A 转换后生成的模拟量送入比较器，称为Ｖo，与送入比较器的待转换的模拟量Ｖi 进行比较，若Ｖo 转换器，输出的Ｖo 再与Ｖi 比较，若Ｖo(2)双积分法采用双积分法的A/D 转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。
如图4.22 所示。
基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。
双积分法。
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双积分型A/D转换器组成及原理分析
【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。
3结束语
本文对双积分A/D转换器的组成结构及各部分结构的功能原理做了详细的介绍，双积分A/D换器由常见简单电路结构组成，分析好每部分电路组成及原理，整体的也做了简单描述。
能够使读者很清楚的理解和分析电路组成结构及原理。
参考文献：
[1]阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，2009.
[2]张慧敏.双积分A／D转换器在运算电路中的应用.池州师专学报，2004.10.
[3]邓翔宇，赵又新.基于CPLD的高精度双积分式A／D转换器设计.自动化与仪器仪表，2008，（1）.
[4]张宏.基于单片机的双积分A /D转换器设计.兰州石化职业技术学院学报，2008.03.。