第9章数模和模数转换器(第五版)

1、第第9章章 数模和模数转换数模和模数转换学习要点：学习要点：掌握倒掌握倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器(DAC)、集成、集成D/A转换转换器的工作原理及相关计算器的工作原理及相关计算掌握并行比较、逐次比较、双积分掌握并行比较、逐次比较、双积分A/D转换器转换器(ADC)的工作原理及其特点的工作原理及其特点正确理解正确理解D/A、A/D转换器的主要参数转换器的主要参数第第9章章 数模和模数转换数模和模数转换概述概述 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称称A/D转换器或转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称；能将数字量转换

2、为模拟量的电路称为数模转换器，简称为数模转换器，简称D/A转换器或转换器或DAC。ADC和和DAC是是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。接口。 多多路路开开关关 数数字字控控制制计计算算机机 DAC ADC 功功率率放放大大 功功率率放放大大 执执行行机机构构 执执行行机机构构 加加热热炉炉 加加热热炉炉 温温度度传传感感器器 温温度度传传感感器器 信信号号放放大大 信信号号放放大大 多多路路开开关关 9.1 D/A转换器转换器将数字量转换为与之成正比模拟量。将数字量转换为与之成正比模拟量。n n位位数字量数字量DAC模拟

3、量模拟量A = K D O = K NB 概述概述9.1.1 D/A转换器的基本原理转换器的基本原理 数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，大小转换成相应的模拟量， 然后将这些模拟量相加，即然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，可得到与数字量成正比的模拟量， 从而实现数字量从而实现数字量-模拟模拟量的转换。量的转换。 NDb424b323b222b121b020 124123022021120将二进制数将二进制

4、数ND(11001)B转换为十进制数。转换为十进制数。1 1、实现实现D/A转换的基本思想转换的基本思想2 2、D/A转换器的组成转换器的组成数码数码寄存器寄存器n位位模拟开关模拟开关解码解码网络网络求和求和电路电路n位位数字量数字量输入输入模拟量模拟量输出输出基准电压基准电压DAC的数字数据可以并行输入也可串行输入的数字数据可以并行输入也可串行输入用来存放用来存放数字量的各数字量的各位数码位数码由输入数由输入数字量控制字量控制产生权电流产生权电流将权电流将权电流相加产生与相加产生与输入成正比输入成正比的模拟电压的模拟电压 i Rf=R vO S0 VREF + S1 S2 S3 + 基基准准

5、电电压压 电电子子开开关关 R R /2 R /4 R /8 求求和和电电路路 (LSB) D2 D3 (MSBD0 D1 锁锁存存器器 数数字字量量输输入入 电电阻阻网网络络 i0 i1 I2 i2 i3 A 模模拟拟量量输输出出 )iii(iRvfO0123RDVi33REF8 224REFVDiR112REFVDiRRDVi0REF0 iiiREFREFODV)DDD(DVv2222230001122333 3、实现、实现D/A转换的原理电路转换的原理电路按解码网络按解码网络结构分类结构分类 T型电阻网络型电阻网络DAC倒倒T形电阻网络形电阻网络DAC权电流权电流DAC 权电阻网络权电阻

6、网络DAC 按模拟电子开按模拟电子开关电路分类关电路分类 CMOS开关型开关型DAC双极型开关型双极型开关型DAC 电流开关型电流开关型DAC ECL电流开关型电流开关型DAC D/A 转转换换器器4 4、D/A转换器的分类转换器的分类9.1.2 倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器1、4位位倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器Rf+vOA2RI/2S32RI/4S22RI/8S12RI/16S02RI/16I/8I/4I/2Ii+VREF(MSB)D3D2D1(LSB)D0RRR电阻网络电阻网络基准电压基准电压模拟模拟电子开关电子开关求和运算求和运算放大器放大器输入输入4位位

7、二进制数二进制数输出输出模拟电压模拟电压Di=0，Si则将电阻则将电阻2R接地接地Di=1，Si接运算放大器反相端，电流接运算放大器反相端，电流Ii流入求和电路流入求和电路 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是到地，也就是不论输入数字信号是1还是还是0，各支路的电流不变。，各支路的电流不变。分别从每个节点处向左看的二端网络等效电阻都是分别从每个节点处向左看的二端网络等效电阻都是R。D/A转换器的倒转换器的倒T型电阻网络型电阻网络Rf+vOA2RI/2S32RI/4S22RI/8S12RI/16S0

8、2RI/16I/8I/4I/2Ii+VREF(MSB)D3D2D1(LSB)D0RRRRf+vOA2RI/2S32RI/4S22RI/8S12RI/16S02RI/16I/8I/4I/2Ii+VREF(MSB)D3D2D1(LSB)D0RRRRVIREF30413223140)2(2)2222(iiiREFREFDRVDDDDRVi304)2(2iiiREFffODVRRRiv关于关于D/ /A转换器精度的讨论转换器精度的讨论(1)基准电压稳定性好；基准电压稳定性好；(2) 倒倒T形电阻网络中形电阻网络中R和和2R电阻比值的精度要高；电阻比值的精度要高；(4)为实现电流从高位到低位按为实现电流

9、从高位到低位按2的整数倍递减，模拟开关的整数倍递减，模拟开关的导通电阻也相应地按的导通电阻也相应地按2的整数倍递增。的整数倍递增。为进一步提高为进一步提高D/A转换器的精度，可采用权电流型转换器的精度，可采用权电流型D/A转换器。转换器。 为提高为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求：转换器的精度，对电路参数的要求： (3) 每个模拟开关的开关电压降要相等；每个模拟开关的开关电压降要相等；10)2(2niiinREFfODVRRv2 2、集成、集成 D/A转换器转换器RF+vOA2R2R2R2R2RVREFD9D2D1D0RRR2R2RRD8D7R10kIOUT1IOUT2AD7533使用

10、使用: :1)要外接运放，要外接运放， 2)运放的反馈电阻可使用内部电阻，也可采用外接电阻。运放的反馈电阻可使用内部电阻，也可采用外接电阻。9010)2(2iiiREFfODVRRvRR2RIOUT1IOUT2T1T2T3T5T4T7T6T8T9VDDDiCMOS模拟开关电路模拟开关电路1、4位权电流位权电流D/A转换器转换器权电流型权电流型D/A转换器的原理电路转换器的原理电路9.1.3 权电流型权电流型D/A转换器转换器Di =1时，开关时，开关S Si i接运放的反相端接运放的反相端; ; Di= 0时，开关时，开关S Si i接地接地。 304)2(2iiiffODRIRiv权电流权电

11、流型型D/A转换器中的恒流源转换器中的恒流源 在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。3014)2(2iiiREFffODRVRRiv2、实际的权电流、实际的权电流D/A转换器转换器 (MSB) D1 D0 (LSB) i Rf O D3 D2 S3 S2 S1 S0 8I 16I 4I 2I VREF + A1 R1 + A2 IBB IEC IEO IE1 IE2 IE3 IREF Tr T3 T2 T1 T0

12、TC R 2R 2R 2R 2R 2R R R R VEE I = IREF =1RREFV 偏偏 置置 电电 流流 16I +I/2I/4I/8I/169.1.4 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 256255REFV 256129REFV 256128REFV 256127REFV 2561REFV 2560REFV8位位D/A转换器在单极性输出时的输入转换器在单极性输出时的输入/输出关系输出关系000000001000000011111110000000011000000111111111模拟量模拟量数数 字字 量量MSB LSB十进十进制数制数2的补码的补码偏移二进制码偏移二进制

13、码模拟量模拟量D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0vO/VLSB1271261011271280000111110010011001001100100110010011001001100100111011011110001100100110010011001001100100110010011001001110110127126101127128常用双极性编码常用双极性编码注：表中注：表中VLSB=VREF/2562562222122218781BREFREFREFREFBREFBREFREFONVV)VVN(VNVV D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

14、 2R1 O VREF 1 R=Rf R1 R1 + + A1 A2 NB 8 位位倒倒 T 形形电电阻阻 网网络络 D/A 转转换换器器 i 1 （1）分辨率）分辨率 其定义为其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。n位位DAC最多有最多有2n个模拟输出电压。其分辨率即为个模拟输出电压。其分辨率即为2n 。位数越多位数越多D/A转换器的分辨率越高。转换器的分辨率越高。（2）转换精度）转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。包括：值之差，即最大静态转

15、换误差。包括：比例系数误差（由比例系数误差（由VREF引起）；引起）；失调误差（由运算放大器的零点漂移引起）；失调误差（由运算放大器的零点漂移引起）；非线性误差（由模拟开关和电阻网络中的电阻误差等引起）。非线性误差（由模拟开关和电阻网络中的电阻误差等引起）。（3）转换速度）转换速度 当当D/A转换器输入的数字量发生变化时，输出电压达到规转换器输入的数字量发生变化时，输出电压达到规定误差范围所需要的时间。通常用建立时间和转换速率来描述。定误差范围所需要的时间。通常用建立时间和转换速率来描述。9.1.5 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标RF+vOA2R2R2R2R2RVREFD9D2

16、D1D0RRR2R2RRD8D7R10KIOUT1IOUT2AD7533vI数字式可编程增益控制电路数字式可编程增益控制电路9.1.6 D/A转换器的应用转换器的应用RF+vOA2R2R2R2R2RVREFD9D2D1D0RRR2R2RRD8D7R10KIOUT1IOUT2AD7533vI+vOARIOUT1IOUT2vI倒倒T型电阻网络型电阻网络根据虚断有根据虚断有:RDDDDVIIIIIREFI109922110092102/ )2222( IIIRv/REFOVv IIRDDDDvRvOI10992211002/ )2222()2222/(2 /9922110010DDDDvvAIOV脉

17、冲波产生电路脉冲波产生电路 vO Q0 Q1 Q2 Q3 CPD0D1D2D3 10V & CR CEP CET PE 1 74LS163 + A Rf IOUT1 IOUT2 D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9 VREF AD7533 vO /mV D 140 100 60 20 0000 t CP 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 0000 74163具同步清零功能具同步清零功能74163和与非门构成十进制计数器：和与非门构成十进制计数器：00001001iiiREFODVv229010D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9A

18、D7533D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9AD7533Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q910位位可可逆逆计计数数器器CP加加/减减加减控加减控制电路制电路VREF+IOUT1IOUT2vO1RFVREF+IOUT1IOUT2vO2RF计数脉冲计数脉冲脉脉冲冲波波产产生生电电路路iiiREFODVv229010121090222iiiREFODVv三角波三角波抛物波抛物波本节小结本节小结D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。号转换成相对应的模拟信号输出。D/A转换器根转换器根据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络据工

19、作原理基本上可分为二进制权电阻网络D/A转换器和转换器和T型电阻网络型电阻网络D/A转换器两大类。由于转换器两大类。由于T型电阻网络型电阻网络D/A转换器只要求两种阻值的电阻，转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成因此最适合于集成工艺，集成D/A转换器普遍采转换器普遍采用这种电路结构。用这种电路结构。如果输入的是如果输入的是n位二进制数，则位二进制数，则D/A转换器转换器的输出电压为：的输出电压为：1022n-iiinREFfO)(DVRRv9.2 A/D转换器转换器9.2.1 A/D转换器的一般工作过程转换器的一般工作过程dn-1d1d0数字量输出(n位)ADC的数字化编码电

20、路 CPS SCADC采样-保持电路采样展宽信号输入模拟电压ui(t)us(t) 模拟电子开关模拟电子开关S在采样脉冲在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开的控制下重复接通、断开的过程。的过程。S接通时，接通时，ui(t)对对C充电，为采样过程；充电，为采样过程；S断开时，断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。位的二进制数输出。 + + vI vO CH S A1 A2 vC vO，vI vO vI 0 (a) 电路图电路图 (b) 波

21、形图波形图 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t 采样脉冲（采样脉冲（fS） 开关驱开关驱 动电路动电路 t0时刻时刻S闭合，闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个放被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个放大器的增益都为大器的增益都为1，因此这一阶段，因此这一阶段vO跟随跟随vI变化，即变化，即vO vI。t1时刻采样阶段结束，时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若断开，电路处于保持阶段。若A2的输入的输入阻抗为无穷大，阻抗为无穷大，S为理想开关，则为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持没有放电回路，两端保持充电时的最终电压值不变，

22、从而保证电路输出端的电压充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压vO维持维持不变。不变。1 1、取样与保持、取样与保持2 2、量化与编码、量化与编码 将采样保持电路的输出电压归化为最小量值的整数倍的过程叫做将采样保持电路的输出电压归化为最小量值的整数倍的过程叫做。数字量最小单位所对应的最小量值叫做数字量最小单位所对应的最小量值叫做。用二进制代码来表示各。用二进制代码来表示各个量化电平的过程，叫做个量化电平的过程，叫做。一个。一个n位二进制数只能表示位二进制数只能表示2n个量化电平，量个量化电平，量化过程中不可避免会产生误差，这种误差称为化过程中不可避免会产生误差，这种误差称为。量化级分

23、得越多。量化级分得越多（n越大），量化误差越小。越大），量化误差越小。 取最小量化单位取最小量化单位=Vm/2n取最小量化单位取最小量化单位=2Vm/(2n+11)111110101100011010001000111110101100011010001000输入信号1V7/8V6/8V5/8V4/8V3/8V2/8V1/8V0二进制代码输入信号二进制代码1V13/15V11/15V9/15V7/15V5/15V3/15V1/15V0代表的模拟电压7=7/8（V）6=6/8（V）5=5/8（V）4=4/8（V）3=3/8（V）2=2/8（V）1=1/8（V）0 =0 （V）代表的模拟电压7=1

24、4/15（V）6=12/15（V）5=10/15（V）4= 8/15（V）3= 6/15（V）2= 4/15（V）1= 2/15（V）0 = 0 (V）9.2.2 并行比较型并行比较型A/D转换器转换器+C1+C2+C3+C4+C5+C6+C7VREFRRRRRRRR/2C11DC11DC11DC11DC11DC11DC11DCO1CO2CO3CO4CO5CO6CO7QQQQQQQI1I2I3I4I5I6I7优优先先编编码码器器D0(LSB)D1D2(MSB)vICPVREF/153VREF/155VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/1513VREF/150vIVREF

25、/15时，时，7个比较器输出全为个比较器输出全为0，CP到来后，到来后，7个触个触发器都置发器都置0。经编码器编码后输出的二进制代码为：。经编码器编码后输出的二进制代码为：D2D1D0000VREF/15vI 3VREF/15时，时，7个比较器中只有个比较器中只有C7输出为输出为1，CP到来后，只有触发器到来后，只有触发器FF7置置1，其余触发器仍为，其余触发器仍为0。经编码器编。经编码器编码后输出的二进制代码为：码后输出的二进制代码为：D2D1D0=0013VREF/15 vI5VREF/15时，比较器时，比较器C7、C6输出为输出为1，CP到来到来后，触发器后，触发器FF7、FF6置置1。

26、经编码器编码后输出的二进制代码。经编码器编码后输出的二进制代码为：为： D2D1D00105VREF/15vI7VREF/15时，比较器时，比较器C7、 C6、 C5输出为输出为1，CP到来后，触发器到来后，触发器FF7、 FF6、 FF5置置1。经编码器编码后输出。经编码器编码后输出的二进制代码为：的二进制代码为：D2D1D0011 依此类推，可以列出依此类推，可以列出vI为不同等级时寄存器的状态及相应为不同等级时寄存器的状态及相应的输出二进制数。的输出二进制数。模模 拟拟 输输 入入比比 较较 器器 状状 态态数数 字字 输输 出出vICO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7

27、D2 D1 D00 0 0 0 0 0 00 0 00 0 0 0 0 0 10 0 10 0 0 0 0 1 10 1 00 0 0 0 1 1 10 1 10 0 0 1 1 1 11 0 00 0 1 1 1 1 11 0 10 1 1 1 1 1 11 1 01 1 1 1 1 1 11 1 1REFV)0(151REFV)(153151REFV)(155153REFV)(157155REFV)(159157REFV)(1511159REFV)(15131511REFV)1(1513在并行在并行A/D转换器中，输入电压转换器中，输入电压 I同时加到所有比较器的输同时加到所有比较器的输入

28、端。如不考虑各器件的延迟，可认为三位数字量是与入端。如不考虑各器件的延迟，可认为三位数字量是与 I输输入时刻同时获得的。所以它的转换时间最短。入时刻同时获得的。所以它的转换时间最短。 缺点是电路复杂，如三位缺点是电路复杂，如三位ADC需需7个比较器、个比较器、7个触发器、个触发器、8个电阻。位数越多，电路越复杂。个电阻。位数越多，电路越复杂。为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾，可以采取分级并为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾，可以采取分级并行转换的方法。行转换的方法。 单片集成并行比较型单片集成并行比较型A/D转换器的产品很多，如转换器的产品很多，如AD公司的公司的AD9012 (TTL工

29、艺工艺8位位)、AD9002 (ECL工艺，工艺，8位位)、AD9020 (TTL工艺，工艺，10位位)等。等。 电路特点电路特点9.2.3 逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器1 1、转换原理、转换原理所加砝码所加砝码 重量重量 结果结果 逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似 。第一次第一次8 克克砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ，8克砝码保留克砝码保留8 克克第二次第二次再加再加4克克砝码总重仍砝码总重仍 待测重量待测重量Wx ， 2克砝码撤除克砝码撤除12 克克第四次第四次再加再加1克克砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ， 1克砝码

30、保留克砝码保留13 克克所用砝码重量：所用砝码重量：8克、克、4克、克、2克和克和1克。克。设待秤重量设待秤重量Wx = 13克。克。基准电压基准电压UREFn位位A/D转换器转换器第一个第一个CP10 0010 000.5UREFuIuO1uIuO0第二个第二个CP01 00Dn-11 000.75UREF or 0.25UREF1or 0uIuOuIuO1 0 转换开始前先将所有寄存器清零。电路由启动脉冲启动后，转换开始前先将所有寄存器清零。电路由启动脉冲启动后，开始转换，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成开始转换，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为，使输出数字为1000。这个数码

31、被。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压转换器转换成相应的模拟电压uO，送到，送到比较器中与比较器中与uI进行比较。若进行比较。若uIuO，说明数字过大了，则最高位，说明数字过大了，则最高位应保存应保存0；若；若uIuo，说明数字还不够大，则最高位应保存，说明数字还不够大，则最高位应保存1。然。然后，再按同样的方式将次高位置成后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这，并且经过比较以后确定这个个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。较完毕后，寄存器中的状态就是

32、所要求的数字量输出。CPDn-1Dn-2 Dn-3D1D0u0 (V)uIuO?11 0 0 000.5UREF1（D n-1为为1）/0（D n-1为为0）2Dn-1 1 0 000.75/0.25UREF1（D n-2为为1）/0（D n-2为为0）3Dn-1 Dn-2 1 001（D n-3为为1）/0（D n-3为为0）nDn-1Dn-2 Dn-3D111（D 0为为1）/0（D 0为为0）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)uIuO？11

33、000000052110000007.53101000006.254101100006.8755101010006. 56256101011006.718757101011106.7968758101011116.8359375uIuO为1否则为0 101011118 8位逐次比较型位逐次比较型A/DA/D转换器波形图转换器波形图 1、 逐次比较型逐次比较型A/D转换器输出数字量的位数越转换器输出数字量的位数越多转换精度越高；多转换精度越高；2、逐次比较型、逐次比较型A/D转换器完成一次转换所需时转换器完成一次转换所需时间与其位数间与其位数n和时钟脉冲频率有关，位数愈少，和时钟脉冲频率有关，位

34、数愈少，时钟频率越高，转换所需时间越短。时钟频率越高，转换所需时间越短。 电路特点电路特点：对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先在一固定时间内对对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先在一固定时间内对输入模拟电压进行积分，将其变换成与之成正比的输入模拟电压进行积分，将其变换成与之成正比的Up，接着对基准电压进行接着对基准电压进行积分，将其变换成与之成正比的时间间隔积分，将其变换成与之成正比的时间间隔T，再利用计数器测出此时间间隔，再利用计数器测出此时间间隔，则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压。则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压。9.2.4 双积分型双积分型A/D转换器转换器

35、积分器积分器检零检零比较器比较器时钟脉冲时钟脉冲控制门控制门计数器计数器 积分器：积分器： Qn=0，对被测电压，对被测电压uI进行积分；进行积分； Qn=1，对基准电压，对基准电压UREF进行积分。进行积分。 检零比较器检零比较器C： 当当uO0时，时，uC0； 当当uO0时，时，uC1。 计数器：为计数器：为n1位异步二进制计数器。位异步二进制计数器。 第一次计数，是从第一次计数，是从0开始直到开始直到2n对对CP脉冲计数，形成固定时间脉冲计数，形成固定时间 T12nTC（TC为为CP脉冲的周期），到达脉冲的周期），到达T1时间时，时间时，Qn1，使，使S1从从A点转接到点转接到B点。点。

36、 第二次计数，是将时间间隔第二次计数，是将时间间隔T2变成脉冲个数变成脉冲个数N保存下来。保存下来。 时钟脉冲控制门时钟脉冲控制门G1： 当当uC =1时，门时，门G1打开，打开，CP脉冲通过门脉冲通过门G1加到计数器加到计数器输入端。输入端。先定时（先定时（T1）对）对uI正向积正向积分，得到分，得到Up，UpuI；再对再对UREF积分，积分器积分，积分器的输出将从的输出将从Up线性上升到线性上升到零。这段积分时间是零。这段积分时间是T2，T2UpuI；在在T2期间内计数器对时钟期间内计数器对时钟脉冲脉冲CP计得的个数为计得的个数为N，NT2UpuI 。准备阶段准备阶段：转换控制信号：转换控

37、制信号CR0，将计数器清，将计数器清0，并通过，并通过G2接通开关接通开关S2，使电容，使电容C放电；同时，放电；同时，Qn0使使S1接通接通A点。点。采样阶段采样阶段：当：当t0时，时，CR变为高电平，开关变为高电平，开关S2断开，积分断开，积分器从器从0开始对开始对uI积分，积分器的输出电压从积分，积分器的输出电压从0V开始下降，即开始下降，即tIOdtuRCu01 与此同时，由于与此同时，由于uO0，故，故uC1，G1被打开，被打开，CP脉冲通过脉冲通过G1加到加到FF0上，计数器从上，计数器从0开始计数。直到开始计数。直到当当tt1时，时，FF0FFn-1都翻转为都翻转为0态，而态，而

38、Qn翻转为翻转为1态，态，将将S1由由A点转接到点转接到B点，采样阶段到此结束。若点，采样阶段到此结束。若CP脉脉冲的周期为冲的周期为TC，则，则T12nTC。设设UI为输入电压在为输入电压在T1时间间隔内的平均值，则第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一次积分结束时积分器的输出电压为 ：ICnIIPURCTURCTdtuRCUt21101比较阶段比较阶段：在：在t=t1时刻，时刻，S1接通接通B点，点，UREF加到积分器的输加到积分器的输入端，积分器开始反向积分，入端，积分器开始反向积分，uO开始从开始从Up点以固定的斜率回点以固定的斜率回升，此时有：升，此时有：21)

39、(2)(112ttREFICnREFPOttRCUURCTdtURCUu当当tt2时，时，uO正好过零，正好过零，uC翻转为翻转为0，G1关闭，计数器关闭，计数器停止计数。在停止计数。在T2期间计数器所累计的期间计数器所累计的CP脉冲的个数为脉冲的个数为N，且，且有有T2NTC。 设设T2 t2 t1，此时则有：，此时则有：ICnREFURCTTRCU22IREFCnUUTT22可见，可见，NT2UPuI，实现了，实现了A/D转换，转换，N为转换结果。为转换结果。 由于由于T2NTC，所以有：，所以有：IREFnCUUTTN221.由于转换结果与时间常数由于转换结果与时间常数RC无关，从而消无关，从而消除了积分非线性带来的误差。除了积分非线性带来的误差。2.由于双积分由于双积分A/D转换器在转换器在T1时间内采的是输时间内采的是输入电压的平均值，因此具有很强的抗工频干入电压的平均值，因此具有很强的抗工频干扰的能力。扰的能力。 3.只要求时钟源在一个转换周期时间内保持稳只要求时钟源在一个转换周期时间内保持稳定即