双积分模数转换电路的设计.ppt

双积分A/D转换电路的设计,应用背景：3位半电压表 技术指标： 测量电压范围： 02V 测量精度： 1mV 转换速率： 50ms or 20ms 显示方式： LED数码管显示,大型应用性电路设计与调试,课程内容,双积分A/D转换原理 V-T转换原理 时间刻度细分原理 三个控制开关设计原理 数码显示原理 系统主要参数计算 实验安排及实验报告要求,A/D转换的方法和种类,双积分法-电压的充电和放电 （与运放的频带宽度有关）（三位半数字电压表） 逐次比较法-每次与减一半的电压比较 （与转换精度有关，8位需比较9次） （0800D/A转化器、全加器和逻辑组合电路实现） 量化反馈法-量化后的电压反馈回输入端再进行比较 （速率比逐次比较快一些） （几个电压比较） 并行法-同时一次性与不同的电压比较 （速率最高，一个时钟脉冲）（多个电压比较）,设计目的,不过分注重设计结果，而是注重设计过程 通过实验电路的设计，加强光电仪器电子学 系统的设计、调试能力。 熟悉双积分A/D转换原理 加强运放构成的积分电路的应用技术 加强模拟电路和数字电路的混合应用技术 锻炼科技写作能力（研究报告）,双积分A/D转换原理,V-T转换原理 时间刻度细分原理 三个控制开关设计原理 数码显示原理,V-T转换原理,电压（V）用时间（T）来度量 时间测量电路在数字电路中易于实现 实现方法：双积分原理,积分电路,若分时段施加不同电压：,双积分电路,一次积分 （充电过程） T = t1 - t0 Vi为被测电压 （恒定电压）,二次积分 （放电过程） Ti = ti - t1 VR为基准电压 （恒定电压）,令V0初为零； 若 t = ti 时刻，V0末也为零时， 则Vi电压为正，VR必须为负；,双积分电路,斜率是可变的 当积分过程结束时， Vi越大V0越负 采样过程,斜率是固定的 当V0末为零时， Ti为对应的过零时刻 测量过程,Vi越大，过零的时间越长,若基准电压VR为负电压 采样时间 T 恒定 则只要测出Ti（用数字表示）的大小，就可知被测电压Vi,双积分输出电压随时间变化的关系曲线,清零阶段（K3）,采样阶段（K1）,测量阶段（K2）,设：K1:K2:K3=1:2:1 重复测量时间=50ms K1=12.5ms K2=25ms K3=12.5ms,双积分电路原理,跟随器,积分电路,比较器,模拟开关,双积分转换电路各点波形,关键 技术： 时间刻度 细分原理 三个模拟开关设计原理,关键技术1 ：时间刻度细分原理,其中，TS为计时周期； 时钟电路 n为采样时间内的时钟脉冲个数； n进制计数器 ni为测量 时间内的脉冲个数； 数据锁存器 VR为基准电压 -2V Vi为被测电压 02V,测量显示时间计数器原理框图,关键技术2 ：三个模拟开关设计原理 -开关控制脉冲的产生,利用两类门电路组合逻辑实现,三个模拟开关设计原理 -4066模拟开关,4066有四个模拟开关 VDDVSS=15V，工作在双电源，则最大为7.5V 若VDD和VSS分别为5V，则不需要电平提升电路,开关控制脉冲发生器原理,四张电路原理框图,基准电压,宽脉冲变窄脉冲,系统主要参数计算,系统主频CP 基准电压VR,系统主频CP（4MHz）,系统主频与设计指标的关系： （1）被测电压的最小分辨率-1mV（定计数值） （2）被测电压的最大值-2V（定参考电压） （3）转换速率-50ms（定周期） 根据公式： 其中，T=12.5ms、n = 2000、TS = 6.25s，fS = 160KHz。 采用4MHz的时钟（石英晶体）经25分频得160KHz。,基准电压VR（2V）,当n=2000、ni=2000时 ，Vi = VR 由此可设想，当VR不等于2V时， ni=2000，也不再代表Vi = 2V。 结论：基准电压的基准值和稳定性十分重要,实验要求-两周完成,整理出完成电路原理图 计数（计时）电路调试（2000进制计数器） 控制开关脉冲调试与测量 测量电压与参考电压的调试 双积分电路的调试 显示电路的调试（仅连接 BCD码即可） 测量误差分析（测量多组待测电压）,实验报告要求,格式要求:四人共同完成一份报告，分工明确，电子打印，封面与装订。 内容要求： 设计目的 设计指标 成员分工 基本原理 设计步骤 装调与测试过程 系统改进与评价 实验收获与体会 对本课程的建议,积分时间常数RC（12.5ms）,充电过程： 放电过程： 由于Vi的最大电压为2V，运放的输出饱和电压与电源电压有关， 电源12V，运放输出饱和电压约10V，T:RC5:1； 电源5V， 运放输出饱和电压约4V， T:RC2:1； RC = T = 12.5ms，取C = 0.1F，则R=125K (120K ),