双积分式(A/D)转换器电路结构及工作原理

2. 电路结构
图1是这种转换器的原理电路，它由积分器(由集成运放A组成)、过零比较器(C)、时钟脉冲控制门（G）和计数器（FF₀～FF_n）等几部分组成。

(1)积分器
积分器是转换器的核心部分，它的输入端所接开关S₁由定时信号Q_n控制。当Q_n为不同电平时，极性相反的输入电压v_I和参考电压 V_REF将分别加到积分器的输入端，进行两次方向相反的积分，积分时间常数τ=RC。

(2)过零比较器
过零比较器用来确定积分器的输出电压v₀过零的时刻。当v₀≥0时，比较器输出v_C为低电平；当v₀＜0时，v_C为高电平。比较器的输出信号接至时钟控制门(G)作为关门和开门信号。

(3)计数器和定时器
它由n 1个接成计数器的触发器FF₀～FF_n-1串联组成。触发器FF₀～FF_n-1组成n级计数器，对输入时钟脉冲CP计数，以便把与输入电压平均值成正比的时间间隔转变成数字信号输出。当计数到2ⁿ个时钟脉冲时，FF₀～FF_n-1均回到0态，而FF_n翻转到1态，Q_n=1后开关 S₁从位置A转接到B。

(4)时钟脉冲控制门
时钟脉冲源标准周期T_c，作为测量时间间隔的标准时间。当v_C=1时，门打开，时钟脉冲通过门加到触发器FF₀的输入端。
3.工作原理
双积分ADC的基本原理是对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。由于该转换电路是对输入电压的平均值进行变换，所以它具有很强的抗工频干扰能力，在数字测量中得到广泛应用。
下面以输入正极性的直流电压v_I为例，说明电路将模拟电压转换为数字量的基本原理。电路工作过程分为以下几个阶段进行，图中 各处的工作波形如图2所示。