雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計

雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三A/D轉(zhuǎn)換的方法和種類雙積分法--------電壓的充電和放電

（與運(yùn)放的頻帶寬度有關(guān)）（三位半數(shù)字電壓表）逐次比較法-----每次與減一半的電壓比較

（與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)，8位需比較9次）（0800D/A轉(zhuǎn)化器、全加器和邏輯組合電路實(shí)現(xiàn)）量化反饋法-----量化后的電壓反饋回輸入端再進(jìn)行比較

（速率比逐次比較快一些）（幾個電壓比較）并行法-----------同時一次性與不同的電壓比較

（速率最高，一個時鐘脈沖）（多個電壓比較）第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)計目的不過分注重設(shè)計結(jié)果，而是注重設(shè)計過程通過實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計，加強(qiáng)光電儀器電子學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試能力。熟悉雙積分A/D轉(zhuǎn)換原理加強(qiáng)運(yùn)放構(gòu)成的積分電路的應(yīng)用技術(shù)加強(qiáng)模擬電路和數(shù)字電路的混合應(yīng)用技術(shù)鍛煉科技寫作能力（研究報告）第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三雙積分A/D轉(zhuǎn)換原理

V-T轉(zhuǎn)換原理時間刻度細(xì)分原理三個控制開關(guān)設(shè)計原理數(shù)碼顯示原理第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三V-T轉(zhuǎn)換原理

電壓（V）用時間（T）來度量時間測量電路在數(shù)字電路中易于實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)方法：雙積分原理第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三積分電路若分時段施加不同電壓：第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三雙積分電路一次積分（充電過程）T=t1-t0Vi為被測電壓

（恒定電壓）二次積分（放電過程）Ti=ti-t1VR為基準(zhǔn)電壓（恒定電壓）令V0初為零；若t=ti時刻，V0末也為零時，則Vi電壓為正，VR必須為負(fù)；第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三雙積分電路斜率是可變的當(dāng)積分過程結(jié)束時，Vi越大V0越負(fù)采樣過程斜率是固定的當(dāng)V0末為零時，Ti為對應(yīng)的過零時刻測量過程Vi越大，過零的時間越長若基準(zhǔn)電壓VR為負(fù)電壓采樣時間T恒定則只要測出Ti（用數(shù)字表示）的大小，就可知被測電壓Vi第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三雙積分輸出電壓隨時間變化的關(guān)系曲線清零階段（K3）采樣階段（K1）測量階段（K2）設(shè)：K1:K2:K3=1:2:1重復(fù)測量時間=50msK1=12.5msK2=25msK3=12.5ms第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三雙積分電路原理跟隨器積分電路比較器模擬開關(guān)第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三雙積分轉(zhuǎn)換電路各點(diǎn)波形關(guān)鍵技術(shù)：時間刻度細(xì)分原理三個模擬開關(guān)設(shè)計原理第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三關(guān)鍵技術(shù)1：時間刻度細(xì)分原理其中，TS為計時周期；時鐘電路

n為采樣時間內(nèi)的時鐘脈沖個數(shù)；n進(jìn)制計數(shù)器

ni為測量時間內(nèi)的脈沖個數(shù)；數(shù)據(jù)鎖存器

VR為基準(zhǔn)電壓-2V

Vi為被測電壓0~2V第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三測量顯示時間計數(shù)器原理框圖第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三關(guān)鍵技術(shù)2：三個模擬開關(guān)設(shè)計原理

--------開關(guān)控制脈沖的產(chǎn)生利用兩類門電路組合邏輯實(shí)現(xiàn)第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三三個模擬開關(guān)設(shè)計原理

--------4066模擬開關(guān)4066有四個模擬開關(guān)VDD–VSS=15V，工作在雙電源，則最大為±7.5V若VDD和VSS分別為±5V，則不需要電平提升電路第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三開關(guān)控制脈沖發(fā)生器原理第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三四張電路原理框圖基準(zhǔn)電壓寬脈沖變窄脈沖第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)主要參數(shù)計算

系統(tǒng)主頻CP

基準(zhǔn)電壓VR第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)主頻CP（4MHz）系統(tǒng)主頻與設(shè)計指標(biāo)的關(guān)系：（1）被測電壓的最小分辨率---------1mV（定計數(shù)值）

（2）被測電壓的最大值---------------2V（定參考電壓）

（3）轉(zhuǎn)換速率------------------------50ms（定周期）根據(jù)公式：其中，T=12.5ms、n=2000、TS=6.25μs，fS=160KHz。采用4MHz的時鐘（石英晶體）經(jīng)25分頻得160KHz。第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三基準(zhǔn)電壓VR（–2V）當(dāng)n=2000、ni=2000時，Vi=–VR

由此可設(shè)想，當(dāng)VR不等于–2V時，ni=2000，也不再代表Vi=2V。結(jié)論：基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)值和穩(wěn)定性十分重要第21頁，共22頁，2023年，2月20日，星期三