第8章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

概述第

8章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

本章小結(jié)A/D轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器

8.1概述

主要要求：

掌握數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的概念和作用。

一、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念和作用數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量(電壓或電流)，使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比。實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器

Digital-AnalogConverter，簡(jiǎn)稱

D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。

模數(shù)轉(zhuǎn)換即將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使輸出的數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。

實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器

Analog-DigitalConverter，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。

模擬量數(shù)字量模擬量數(shù)字量傳感器被控對(duì)象

自然界物理量為何要進(jìn)行數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換？二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例數(shù)字信號(hào)物理量模擬信號(hào)壓力傳感器溫度傳感器流量傳感器四路模擬開關(guān)數(shù)字處理系統(tǒng)DAC模擬控制器模擬控制器液位傳感器DACDAC…………模擬控制器模擬控制器生產(chǎn)控制對(duì)象

DACADC二、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例主要要求：

掌握數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本工作原理。

了解常用D/A轉(zhuǎn)換器的類型和主要參數(shù)。理解權(quán)電阻和

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器電路及其工作原理。8.2D/A轉(zhuǎn)換器一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理

輸出模擬電壓

uO=

D△=(Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020)△DACD0D1Dn-2Dn-1…uOn

位二進(jìn)制數(shù)輸入模擬電壓輸出一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理LSB—LeastSignificantBit

輸入數(shù)字量D=(Dn-1

Dn-2

D1

D0)2

=Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020

△是DAC能輸出的最小電壓值，稱為DAC的單位量化電壓，它等于D

最低位(LSB)為1、其余各位均為0時(shí)的模擬輸出電壓(用ULSB

表示)。uO

∝

D，uO大小反映了數(shù)字量

D

的大小。二、常用

DAC的類型常用的有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、

R-2R

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DAC。其中，后兩者轉(zhuǎn)換速度快，性能好，因而被廣泛采用，權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換精度高，性能最佳。

（一）

電路組成三、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器

模擬開關(guān)Si

受各位輸入數(shù)字量控制，當(dāng)Di=1

時(shí)，開關(guān)Si

接到1端，電阻Ri

與基準(zhǔn)電壓VREF相連；當(dāng)Di

=0

時(shí)，開關(guān)Si

則接到

0端，電阻Ri

接地。00iFS0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFVREF22R21RI020RI123RI2I3011110+-A(LSB)(MSB)模擬開關(guān)求和運(yùn)算放大器權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)：只有兩種阻值！當(dāng)電子開關(guān)S0

~S3

都接1

端時(shí)，流入求和運(yùn)算放大器輸入端的總電流iΣ為

對(duì)于n位權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器，則有

iΣ=I3+I2+I1+I0=VREF20RD3+VREF21RD2+VREF22RD1+VREF23RD0VREF23R(23D3+22D2+21D1+20D0)=由于iΣ=-i

F

，故運(yùn)算放大器的輸出電壓uO為

uO=iF

RF=-iΣRF=-RFVREF23R(23D3+22D2+21D1+20D0)

uO=-iΣRF=-RFVREF2n-1R(2n-1Dn-1+2n-2Dn-2+…+21D1+20D0)

（二）

工作原理

（三）權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，使用電阻較少。缺點(diǎn)：（1）要求相鄰電阻之間嚴(yán)格保持電阻值相差一半。（2）最大與最小阻值之間相差很大，且隨著二進(jìn)制數(shù)位數(shù)增多，這種差別尤其嚴(yán)重。由于難以保證電阻精度的要求，所以影響電路的轉(zhuǎn)換精度。S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRR

(一)

電路組成與轉(zhuǎn)換原理四、R

-2R

倒

T形電阻網(wǎng)絡(luò)

DAC

由倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)和一個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換電路(簡(jiǎn)稱I/U

轉(zhuǎn)換電路)組成。模擬開關(guān)Si

打向“1”側(cè)時(shí)，相應(yīng)2R

支路接虛地；打向“0”側(cè)時(shí)，相應(yīng)2R

支路接地。故無(wú)論開關(guān)打向哪一側(cè)，倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)均可等效為下圖：II3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI3RRRABC從A、B、C節(jié)點(diǎn)向左看去，各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的等效電阻均為2R。因此，I=VREFRI3=I2=23()，I24I2

=I32=22

()，I24=I4I1

=I22=21

()，I24=I8I0

=I12=20

()I24=I16可見(jiàn)，支路電流值Ii

正好代表了二進(jìn)制數(shù)位Di

的權(quán)值2i。即I3=23

I0，I2=22

I0，I1=21

I0，I0=20

I0

模擬開關(guān)Si

受相應(yīng)數(shù)字位Di

控制。當(dāng)Di=1

時(shí)，開關(guān)合向“1”側(cè)，相應(yīng)支路電流Ii

輸出；Di=0時(shí)，開關(guān)合向“0”側(cè)，Ii

流入地而不能輸出。S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRRu0=-

iΣRF=-

D

I0RF=-

D

·

iΣ

=

D3I3+

D2I2+

D1I1+

D0I0

=

(

D323+

D222+

D121+

D020)

I0=

D

I0對(duì)n

位

DAC，uO=

-

D

·

若取RF=R，則uO=

-

D

·

n

位DAC將參考電壓VREF

分成2n

份，uO

是每份的D

倍。調(diào)節(jié)VREF

可調(diào)節(jié)DAC的輸出電壓。uO=

-

D

·

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)中各支路電流恒定不變，故在開

關(guān)狀態(tài)變化時(shí)不需電流建立時(shí)間，因而轉(zhuǎn)換速度高。五、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器

在權(quán)電阻和倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)中，各支路權(quán)電流的值會(huì)受電子開關(guān)導(dǎo)通電阻影響，因而會(huì)有誤差。若將各支路電流采用恒流源代替，則可提高轉(zhuǎn)換精度。

（一）

電路組成

i位電子模擬開關(guān)Si

由相應(yīng)輸入數(shù)據(jù)

Di控制。當(dāng)Di=1時(shí)，Si接1，恒流源接運(yùn)算放大器的反向端，并提供恒流Ii

；當(dāng)Di=0時(shí)，Si

接0，恒流源接地。S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRF-VREFI/201111000I/4I/16I/8-+(LSB)(MSB)I/U轉(zhuǎn)換權(quán)電流恒流源模擬開關(guān)當(dāng)電子開關(guān)Si

都接1

端時(shí)，最高位代碼對(duì)應(yīng)支路的恒流源電流為I/2，相鄰位支路的恒流源電流依次減半。故運(yùn)算放大器的輸出電壓uO

為

對(duì)于n位權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器，則有

uO

=

RFI2n(2n-1Dn-1+2n-2Dn-2+…+21D1+20D0)

uO

=iΣRF=RFI24(23D3+22D2+21D1+20D0)=RF(I2D3+I8D1+I16D0)I4D2+

二、

工作原理六、DAC的主要參數(shù)1.分辨率

DAC的輸出電壓最小變化量，也即DAC的最小輸出電壓值

表示滿度輸出電壓值，F(xiàn)SR即FullScaleRange指D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓的最小變化量與滿度輸出電壓之比。

UFSR=uO|D=111=(2n–1)ULSBn位均為1例如，一個(gè)10位的DAC，分辨率為0.000978。DAC的位數(shù)越多，分辨率值就越小，能分辨的最小輸出電壓值也越小。要獲得較高精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，除了正確選用DAC的位數(shù)外，還要選用低漂移高精度的求和運(yùn)算放大器。

3.

轉(zhuǎn)換時(shí)間指DAC在輸入數(shù)字信號(hào)開始轉(zhuǎn)換，到輸出的模擬信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定值所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越小，轉(zhuǎn)換速度就越高。2.

轉(zhuǎn)換精度

指DAC實(shí)際輸出模擬電壓與理想輸出模擬電壓間的最大誤差。它是一個(gè)綜合指標(biāo)，不僅與DAC中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且與環(huán)境溫度、求和運(yùn)算放大器的溫度漂移以及轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。

通常要求DAC的誤差小于ULSB/2。七、集成DAC應(yīng)用舉例四、集成DAC應(yīng)用舉例1.集成DAC簡(jiǎn)介常用集成DAC有兩類：一類內(nèi)部?jī)H含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開關(guān)兩部分，常用于一般的電子電路。另一類內(nèi)部除含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開關(guān)外，還帶有數(shù)據(jù)鎖存器，并具有片選控制和數(shù)據(jù)輸入控制端，便于和微處理器進(jìn)行連接，多用于微機(jī)控制系統(tǒng)中。

2.8位CMOS集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7524簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)鎖存器20k20k20k20k20kΩ……10k10k10k10k…VDDVREF151213CSWR45611D7

(MSB)D6D5D0

(LSB)S0S1S2S7OUT112316iΣRFBOUT2GND基準(zhǔn)電壓輸入端

VREF

可正可負(fù)

片選控制端

電源電壓范圍+5V~+15V

8位數(shù)據(jù)輸入端，其電平與TTL電平兼容。MSB表示最高位，LSB表示最低位。接地端

內(nèi)部反饋電阻RF

的引出端

兩個(gè)輸出端，一般將OUT2

接地，OUT1

接運(yùn)放反向端。

寫信號(hào)控制端

CMOS電子模擬開關(guān)開關(guān)管兩級(jí)反相器電平偏移電路當(dāng)i

位數(shù)據(jù)Di=1時(shí)，V1截止，V3導(dǎo)通，輸出低電平0，經(jīng)V4、V5組成的反相器后輸出高電平1，使V9導(dǎo)通；同時(shí)，V6、V7組成的反相器輸出低電平0，使V8截止。這時(shí)，2R支路電阻經(jīng)V9接位置1

。當(dāng)Di

=0時(shí)，則V8導(dǎo)通，V9截止，2R支路電阻接位置0。從而實(shí)現(xiàn)了單刀雙擲開關(guān)的功能。

[例]右圖為CDA7524的單極性輸出應(yīng)用電路。圖中電位器R1

用于調(diào)整運(yùn)放增益，電容

C

用以消除運(yùn)放的自激。已知ULSB=VREF/256，試求滿度輸出電壓及滿度輸出時(shí)所需的輸入信號(hào)。CDA752445789106111213D7D6D4D3D2D1D5D0CS314VDD151612VREF=

10V++-△∞OUT1OUT2uOC2kR2R11k15pFWR解：當(dāng)

D7D6D5D4D3D2D1D0=

11111111

時(shí)，輸出為滿度值。uO=-

UFSR

-9.961V。構(gòu)成階梯信號(hào)發(fā)生器主要要求：掌握模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本工作原理。了解A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。理解常用A/D轉(zhuǎn)換器及其工作原理。8.3A/D轉(zhuǎn)換器

一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理和一般步驟

“[]”表示取整?；驹鞟DCD0D1Dn-2Dn-1…uI模擬輸入信號(hào)n

位二進(jìn)制數(shù)輸出

D=Dn-1

Dn-2

D1

D0可見(jiàn)，輸出數(shù)字量D

正比于輸入模擬量uI。

△稱為ADC的單位量化電壓或量化單位，它是ADC的最小分辨電壓。采樣：把時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)變換為時(shí)間離散的信號(hào)。

保持：保持采樣信號(hào)，使有充分時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

量化：把采樣保持電路的輸出信號(hào)用單位量化電壓的

整數(shù)倍表示。

編碼：把量化的結(jié)果用二進(jìn)制代碼表示。A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0…uI(t)S采樣保持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量

為了能較好地恢復(fù)原來(lái)的模擬信號(hào)，根據(jù)取樣定理，要求取樣脈沖uS的頻率fs

必須大于等于輸入模擬信號(hào)uI頻譜中最高頻率fI(max)的2倍，即

fs≥2fI(max)（一）取樣-保持電路

當(dāng)取樣脈沖uS為高電平時(shí)，NMOS管導(dǎo)通，輸入電壓uI經(jīng)其對(duì)C

迅速充電，使電容C上的電壓uC

跟隨輸入電壓uI變化，在tW

期間uC

=uI。當(dāng)取樣脈沖uS為低電平時(shí)，NMOS管截止，電容C上的電壓uC在TS-

tW

期間保持不變，直到下一個(gè)取樣脈沖到來(lái)。輸出電壓uO始終跟隨電容C

上的電壓uC變化。要將取樣-保持電路輸出的樣值電壓變換成與其成正比的數(shù)字量，還必須對(duì)樣值電壓進(jìn)行量化，通常用數(shù)字信號(hào)最低位（LSB）1

對(duì)應(yīng)的模擬電壓作為量化單位，用Δ表示。將樣值電壓變?yōu)榱炕瘑挝徽麛?shù)倍的過(guò)程稱為量化。將這個(gè)整數(shù)倍數(shù)值用二進(jìn)制碼表示的過(guò)程，稱為二進(jìn)制編碼。在量化時(shí)，樣值電壓一般不能被Δ

整除，非整數(shù)部分的余數(shù)被舍去，這必然會(huì)產(chǎn)生誤差，稱為量化誤差。

A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，量化單位越小，則量化誤差也越小。

（二）量化與編碼劃分量化電平的兩種方法（以三位二進(jìn)制碼為例）最大量化誤差==(1/8)V最大量化誤差

=/2=(1/15)V1=1/8V4=4/8V0(6/8)V(7/8)V000001010011100101110111模擬電平二進(jìn)制代碼代表的模擬電平0=0V2=2/8V3=3/8V5=5/8V6=6/8V7=7/8V(5/8)V(4/8)V(3/8)V(2/8)V(1/8)V(8/8)V模擬電平二進(jìn)制代碼代表的模擬電平0=0V1=2/15V2=4/15V3=6/15V4=8/15V5=10/15V6=12/15V7=14/15V(13/15)V0000001010011100101110111(11/15)V(15/15)V(9/15)V(3/15)V(7/15)V(1/15)V(5/15)V二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器

0000000000uI電阻構(gòu)成分壓器當(dāng)0V≤uI＜(1/15)VREF

時(shí)，D2D1D0=000。VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF0000001001uI當(dāng)(1/15)VREF≤

uI＜(3/15)VREF

時(shí)，D2D1D0=001。VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器

0000011010uI當(dāng)(3/15)VREF≤

uI＜(5/15)VREF

時(shí)，D2D1D0=010。VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器

VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器0000111011uI當(dāng)(5/15)VREF≤

uI＜(7/15)VREF

時(shí)，D2D1D0=011。VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器

0001111100uI當(dāng)(7/15)VREF≤

uI＜(9/15)VREF

時(shí)，D2D1D0=100。VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器

0011111101uI當(dāng)(9/15)VREF≤

uI＜(11/15)VREF

時(shí)，D2D1D0=101。VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器

0111111110uI當(dāng)(11/15)VREF≤

uI＜(13/15)VREF

時(shí)，D2D1D0=110。VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器

1111111111uI當(dāng)(13/15)VREF≤

uI＜1VREF

時(shí)，D2D1D0=111。VREFuIRR/2RRRRRRD2

(MSB)CP1D1D1D1D1D1D1DD1D0(LSB)比較器寄存器編碼器編碼器VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器

需比較器和觸發(fā)器數(shù)量多，故貴，用的少。

但速度極快，故用于高速轉(zhuǎn)換。其轉(zhuǎn)換思路與天平稱重過(guò)程相似：先放一個(gè)最重的砝碼與被稱物體重量進(jìn)行比較，如物體重，則保留砝碼，否則去掉。再加上一個(gè)次重砝碼，再比較。按此辦法，直加到最輕的一個(gè)砝碼為止。將所有留下的砝碼重量相加，就是最逼近的被稱物體重量。三、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器組成與工作原理

us為轉(zhuǎn)換控制端。轉(zhuǎn)換開始前，應(yīng)置us=0，使電路復(fù)位，逐次逼近寄存器的輸出數(shù)據(jù)為全0。置us=1時(shí)，允許轉(zhuǎn)換，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器組成與工作原理

在第一個(gè)CP脈沖作用下，控制電路控制逐次逼近寄存器的最高位為1，其余位為0，即DAC輸入為10...0，得到第一個(gè)模擬比較電壓uO（相當(dāng)于最重的那個(gè)砝碼），與輸入模擬電壓uI

進(jìn)行比較。比較結(jié)果決定寄存器的最高位是否在后面的脈沖作用時(shí)保持為1。若uI

uO，則保持為1（相當(dāng)于留下砝碼），否則為0。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器組成與工作原理

第二個(gè)CP脈沖作用時(shí)，控制寄存器的次高位為1，其余低位為0，即DAC輸入為110...0或010…0，得到第二個(gè)模擬比較電壓uO，再與uI

進(jìn)行比較。比較結(jié)果決定寄存器的次高位是否保持為1。若uI

uO，則保持為1（相當(dāng)于又留下砝碼），否則為0。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器組成與工作原理

如此依次進(jìn)行，直到寄存器最低位置1，進(jìn)行比較后，才完成一次AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量存于寄存器中。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，在控制邏輯電路的控制下，寄存器中的數(shù)據(jù)經(jīng)輸出電路送至數(shù)據(jù)輸出端。需n次比較、系統(tǒng)復(fù)位、數(shù)據(jù)輸出等時(shí)間，所以速度慢，為中速ADC。但成本低，故應(yīng)用廣。四、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器

是一種間接型A/D轉(zhuǎn)換器，其基本原理：將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成與之成正比的時(shí)間間隔，在此時(shí)間內(nèi)用計(jì)數(shù)器對(duì)恒定頻率的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)的計(jì)數(shù)值正比于輸入的模擬電壓，從而實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。檢零比較器積分器定時(shí)觸發(fā)器G2&時(shí)鐘控制門QuOuCFFnRD基準(zhǔn)電壓計(jì)數(shù)器RS2usCPRC11J1KDn-1

(MSB)D1D0(LSB)n

位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器RCP…G1&-VREFS1C∞∞uI（一）電路組成四、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器

基準(zhǔn)電壓必須與輸入模擬電壓極性相反，且前者絕對(duì)值大于后者絕對(duì)值。1.轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換控制信號(hào)uS=0，使：開關(guān)S1閉合，電容C放盡電荷；計(jì)數(shù)器清零；定時(shí)觸發(fā)器復(fù)位Qn=0，使開關(guān)S2接輸入模擬電壓uI。四、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器(二)工作原理uI2.第一次積分（取樣階段）在時(shí)間t=0

時(shí)，轉(zhuǎn)換控制信號(hào)uS由0

變?yōu)?/p>

1，G2輸出0，開關(guān)S1斷開，開關(guān)S2接入模擬電壓uI。uI經(jīng)電阻R對(duì)電容C進(jìn)行充電，積分器開始對(duì)uI進(jìn)行積分；積分器的輸出電壓uO(t)為uO(t)==﹣tuIRCuIdt四、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器(二)工作原理uI2.第一次積分（取樣階段）由于積分器uO<0，過(guò)零比較器輸出uC=1，這時(shí)時(shí)鐘控制門G1打開，計(jì)數(shù)器開始對(duì)周期為TC的時(shí)鐘脈沖CP

進(jìn)行計(jì)數(shù)，經(jīng)時(shí)間T1=2nTC后，計(jì)數(shù)器計(jì)滿2n個(gè)CP脈沖，各計(jì)數(shù)觸發(fā)器自動(dòng)返回0狀態(tài)，同時(shí)給定時(shí)觸發(fā)器FFn

送出一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，F(xiàn)Fn

置1，使開關(guān)S2接-VREF。四、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器(二)工作原理2.第一次積分（取樣階段）第一次積分結(jié)束后，對(duì)應(yīng)時(shí)間為t=t1=

T1，這時(shí)積分器輸出電壓uO(t1)為

uO(t1)=﹣

uI=﹣

uI

T1RC2nTCRC四、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器(二)工作原理uI3.第二次積分（比較階段）在時(shí)間t=t1(=T1)時(shí)，第一次積分結(jié)束，開關(guān)S2接–VREF，電容C開始放電，積分器對(duì)-VREF進(jìn)行反向積分（第二次積分）。四、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器(二)工作原理uI3.第二次積分（比較階段）由于積分器uO<0，檢零比較器輸出uC=1，計(jì)數(shù)器從0開始第二次計(jì)數(shù)。當(dāng)積分器輸出電壓uO(t)上升到uO(t)=0時(shí)，由uC=0，G1關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。四、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器(二)工作原理uI3.第二次積分（比較階段）第二次積分的時(shí)間T2=t2–t1。這時(shí)輸出電壓uO(t2)為

uO(t2)=uO(t1)+(-VREF)dt=0∫

-1RCt1t2得由此可知，第二次積分的時(shí)間間隔T2與輸入模擬電壓uI是成正比的。

T2=uI

2nTCVREF四、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器(二)工作原理uI3.第二次積分（比較階段）如在T2時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)為N，由于T2=NTC，則因此，計(jì)數(shù)器計(jì)了N個(gè)CP脈沖后所處的狀態(tài)表示了輸入uI的數(shù)字量，從而實(shí)現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。計(jì)數(shù)器的位數(shù)就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)。2nVREFN=