830BD-832套件纸卡版教程 - 图文(5)

开关选择器 输入信号 交流整流电路 V V 直流 分压器 A/D转换器 开关选择器 模拟电路 显示驱动 电阻转换电路 Ω 电流分流电路 A 小数点 1.999 液晶显示 示意图1 双积分A/D转换器的工作原理

A/D转换器的每个测量周期分成三个阶段：自动调零（AZ），正向积分（INT），反向积分（DE）。

第一阶段，自动调零AZ（AUTO-ZERO）：在此阶段，SAZ闭合，SINT、SDE断开，完成以下工作：第一，将IN+，IN-的外部引线断开，并将缓冲器的同相输入端与模拟地短接，使芯片内部的输入电压VIN=0V；第二，反积分器反相输入端与比较器输出端短接，此时反映到比较器的总失调电压对自动调零电容CAZ充电，以补偿缓冲器，积分器和比较器本身的失调电压，可保证输入失调电压小于10uV，第三，基准电压VREF向基准电容CREF充电，使之被充到VREF，为反向积分做准备。

第二阶段，正向积分（亦称信号积分或采样）INT（integral）：此时SINT闭合，SAZ和SDE断开，切断自动调零电路并去掉短路线，IN+，IN-端分别被接通，积分器和比较器开始工作。被测电压VIN经缓冲器和积分电阻后送至积分器。积分器在固定时间T1内，以VIN /（RINT-CINT）的斜率对VIN进行定时积分。令计数脉冲的频率为FCP，周期为TCP，则T1=1000TCP。当计数器计满1000个脉冲数时，积分器的输出电压为

V0?KT1KTVdt??VIN （2.3.1） ?0INRINTCINTRINTCINT[编者注：(2.3.1)式使用OFFICE公式编辑器生成，(2.3.2)及以后各式不是。请同学们比较两种做法的差异。公式编辑器打开方式：插入-域-Eq-公式编辑器]

式中，K是缓冲放大器的电压放大系数，T1也叫采样时间。在正向积分结束时，VIN的极性即被判定。

第三阶段，反向积分，亦称解积分DE（Decompose Integral）：在此阶段，SAZ，SINT断开，SDE+，SDE-闭合。控制

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逻辑在对VIN进行极性判断之后，接通相应极性的模拟开关，将CREF上已充好的基准电压接相反极性代替VIN，进行反向积分，斜率变成VREF/（RINT-CINT）。经过时间T2，积分器的输出又回到零电平，参见图3，该图分别绘出对负极当反向积分结束时，有关系式

V0 -

KVREF

VREFdt=V0 - RINTCINT 0RINTCINT K

∫T2=0 （2.3.2）

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将式（2.3.1）代入式（2.3.2）中整理后得到

T2=

T1 VREF

·VIN （2.3.3）

假定在T2时间内计数值（即仪表显示值，不考虑小数点）为N，则T2为NTCP，代入式（2.3.3）中得到

N=

T1 TCP VREF

·VIN （2.3.4）

分析式（2.3.4）可知，因T1，TCP，VREF均是固定不变的，故计数值N仅与被测电压VIN成正比，由此实现了模拟量-数字量转换。

在测量过程中，ICL7106能自动完成下述循环

A/D转换器的时序波形如图3所示，每个阶段的时间分配如下： 自动调零时间：1000TCP-3000TCP

正向积分时间T1：3000TCP-4000TCP（T1=1000TCP） 反向积分时间T2：0-2000TCP

每个A/D转换周期为4000TCP，折合16000T0

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需作几点说明：

a) 自动调零时间是可变的，必须等上一次反向积分结束后才开始。举例说明，若在0-1850TCP时间内完成反向积

分（T2-1850Tcp），就从1851TCP-3000TCP的时间内自动调零，此时调零时间为3000TCP -1851TCP=1149TCP b) T1是固定不变的，T2则随VIN的大小而变化，因为T1/TCP=1000，选基准电压=VREF=100.0mV，所以由式（2.3.4）

得到

N=

1000 VREF

·VIN =

1000 100.0

·VIN=10 VIN （2.3.5）

即 VIN=0.1N （2.3.6） 只要将小数点定在十位后边便可直读结果。

满量程时N=2000，VIN=VM，由式（2.3.4）可导出满量程电压VM与基准电压的关系式

VM=2VREF （2.3.7）

显然，当VREF=100.0mV时，VM=200mV，

VERF=1000mV时，VM=2V。式（2.3.7）对ICL系列3 1/2位A/D转换器均适用。3 1/2位DVM，DMM的最大显示值为1999，满量程时将显示过载符号“1”。

c) 上述定时关系由7106本身特性所决定，外界无法改变。

d) 为提高双积分数字仪表抑制工频干扰的能力，所选采样时间T1应为工频周期的整倍数。利用正向积分阶段对输

入电压取平无均的特点，即可消除外界引入的工频干扰。 我国采50Hz交流电网，其周期为20ms，应选

T1=n·20ms （2.3.8）

式中n=1，2，3…。N愈大，对串模干扰的抑制能力愈强，但A/D转换时间延长，测量速率降低，例如可取时钟频率f0=40KHz，即T1=1000TCP=100ms，恰是20ms的5倍，欧美国家采用60Hz交注电网，周期是16 2/3ms。为抑制60Hz干扰，可选f0=33 1/3KHz，40KHz，48KHz，60KHz等。实际上考虑到交流电网的频率也会有一定波动（例如在50?0.5Hz范围内变化），一般情况下并不要求时钟频率严格等于规定值，允许有一定的偏差。但时钟频率

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