8.2.2 A/D转换器工作原理直接A/D转换器：并行比较型A/D转换器逐次比较型A/D转换器间接A/D转换器：双积分型A/D转换器电压转换型A/D转换器 1. 逐次比较型A/D转换器天平称重过程：砝码（从最重到最轻），依次 比较，保留/移去，相加。逐次比较思路：不同的基准电压砝码。 Date1逐次逼近型ADC电路框图 CPD n-1D n-2 D n-3D1D0u0 (V)uIuO？01 0 0 000.5UREF1（D n-1为1）/0（D n-1为0）1D n-1 1 0 000.75/0.25UREF1（D n-2为1）/0（D n-2为0）2D n-1 D n-2 1 001（D n-3为1）/0（D n-3为0）n-1D n-1D n-2 D n-3D111（D 0为1）/0（D 0为0）基准电压 UREFn位A/D转 换器 电路由启动脉冲启动后:Date2实例8位A/D转换器，输入模拟量uI=6.84V，D/A转换器基准电压 UREF=10V。相对误差仅为0.06%。转换精度取决于位数。CPD7D6D5D4D3D2D1D0u0 (V)uIuO01000000051 1110000007.50 2101000006.251 3101100006.8750 4101010006. 56251 5101011006.718751 6101011106.7968751 7101011116.83593751uIuO为1 否则为0 Date38位逐次比较型A/D转换器波形图 Date42. 2. 双积分型双积分型A/DA/D转换器转换器 基本原理：对输入模拟电压uI和基准电压-UREF分别进行积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔T2，然后在这个时间间隔里对固定频率的时钟脉冲计数，计数结果N就是正比于输入模拟信号的数字量信号。 （1）电路组成Date5双积分型ADC电路 积分器： Qn=0，对被测电压uI进行积分； Qn=1，对基准电压-UREF进行积分。 检零比较器C：当uO0时，uC0；当uO0时，uC1。 计数器：为n1位异步二进制计数器。第一次计数，是从0开始直 到2n对CP脉冲计数，形成固定时间T12nTc（Tc为CP脉冲的周期）， T1时间到时Qn1，使S1从A点转接到B点。第二次计数，是将时间间隔 T2变成脉冲个数N保存下来。 时钟脉冲控制门G1：当uC =1时，门G1打开， CP脉冲通过门G1加到计数器输入端。 Date6 积分器： Qn=0，对被测电压uI进行积分； Qn=1，对基准电压-UREF进行积分。 检零比较器C：当uO0时，uC0；当uO 0时，uC1。 计数器：为n1位异步二进制计数器。第一 次计数，是从0开始直到2n对CP脉冲计数，形成固 定时间T12nTc（Tc为CP脉冲的周期），T1时间到 时Qn1，使S1从A点转接到B点。第二次计数，是 将时间间隔T2变成脉冲个数N保存下来。 时钟脉冲控制门G1：当uC =1时，门G1打开 ，CP脉冲通过门G1加到计数器输入端。（1）电路组成Date7（2）工作原理 双积分型ADC的工作波形 先定时（T1）对uI正 向积分，得到Up，UpuI ； 再对UREF积分，积 分器的输出将从Up线性上 升到零。这段积分时间是 T2，T2UpuI； 在T2期间内计数器对 时钟脉冲CP计得的个数为 N，NT2UpuI 。 由于这种转换需要两 次积分才能实现，因此称 该电路为双积分型ADC。 Date8工作过程：工作过程： 准备阶段：转换控制信号CR0，将计数器清0，并通过G2接通开关S2，使电容C放电；同时，Qn0使S1接通A点。 Date9 采样阶段：当t0时，CR变为高电平，开关S2断开，积分器从0开始对uI积分，积分器的输出电压从0V开始下降，即Date10与此同时，由于uO0，故uC1，G1被打开，CP 脉冲通过G1加到FF0上，计数器从0开始计数。直到当 tt1时，FF0FFn-1都翻转为0态，而Qn翻转为1态， 将S1由A点转接到B点，采样阶段到此结束。若CP脉 冲的周期为Tc，则T12nTc。 Date11设UI为输入电压在T1时间间隔内的平均值，则第一次积分结束时积分器的输出电压为 Date12 比较阶段：在t=t1时刻，S1接通B点，-UREF加到 积分器的输入端，积分器开始反向积分，uO开始从Up 点以固定的斜率回升，若以t1算作0时刻，此时有Date13当tt2时，uO正好过零，uC翻转为0，G1关闭，计数器停止计数。在T2期间计数器所累计的CP脉冲的个数为N，且有T2NTC。 Date14若以t1算作0时刻，当tT2时，积分器的输出uO0，此时则有Date15可见，T2UI。 由于T12nTc，所以有Date16结论：可见，NUIuI，实现了A/D转换，N为转换结果。 第一，如果减小uI（即图7-12中的uI），则当tT1时，uOUp，显然UpUp，从而有T2T2；第二，T1的时间长度与uI的大小无关，均为2nTc；第三，第二次积分的斜率是固定的，与Up的大小无关。由于T2NTc，所以 Date17优点1：抗干扰能力强。积分采样对交流噪声有 很强的抑制能力；如果选择采样时间T1为20ms的整数倍时，则可有效地抑制工频干扰。缺点：转换速度较慢。完成一次A/D转换至少需要（T1T2）时间，每秒钟一般只能转换几次到十几次。因此它多用于精度要求高、抗干扰能力强而转换速度要求不高的场合。 优点2：具有良好的稳定性，可实现高精度。由 于在转换过程中通过两次积分把UI和UREF之比变成了两次计数值之比，故转换结果和精度与R、C无关。Date18