1.前言
本文主要介紹雙積分式AD轉換器的工作原理及特點
2.轉換方式
V-T型間接轉換ADC。
3. 電路結構
圖 雙積分AD轉換器
上圖是這種轉換器的原理電路，它由積分器(由集成運放A組成)、過零比較器(C)、時鍾脈沖控制門(G)和計數器(FF0～FFn)等幾部分組成。
- 積分器（A）
積分器是轉換器的核心部分，它的輸入端所接開關S1由定時信號Qn控制。當Qn為不同電平時，極性相反的輸入電壓 vI 和參考電壓 VREF 將分別加到積分器的輸入端，進行兩次方向相反的積分，積分時間常數τ=RC。
- 過零比較器(C)
過零比較器用來確定積分器的輸出電壓v0過零的時刻。當 v0 ≥ 0 時，比較器輸出 vC 為低電平; 當 v0 < 0 時，vC為高電平。 比較器的輸出信號接至時鍾控制門(G)作為關門和開門信號。
- 時鍾脈沖控制門(G)
時鍾脈沖源標准周期Tc，作為測量時間間隔的標准時間。當vC=1時，門打開，時鍾脈沖通過門加到觸發器FF0的輸入端。
- 計數器和定時器
它由n+1個接成計數器的觸發器FF0～FFn-1串聯組成。觸發器FF0～FFn-1組成n級計數器，對輸入時鍾脈沖CP計數，以便把與輸入電壓平均值成正比的時間間隔轉變成數字信號輸出。
當計數到2n個時鍾脈沖時，FF0～FFn-1均回到0態，而FFn翻轉到1態，Qn=1后開關 S1從位置A轉接到B
4.工作原理
雙積分ADC的基本原理是對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變成與之成正比的時間間隔，然后利用時鍾脈沖和計數器測出此時間間隔，進而得到相應的數字量輸出。
由於該轉換電路是對輸入電壓的平均值進行變換，所以它具有很強的抗工頻干擾能力，在數字測量中得到廣泛應用。
下面以輸入正極性的直流電壓vI為例，說明電路將模擬電壓轉換為數字量的基本原理。電路工作過程分為以下幾個階段進行，圖中 各處的工作波形如下圖所示：
圖雙積分A/D轉換器各處工作波形
- 准備階段
首先控制電路提供CR信號使計數器清零，同時使開關S2閉合，待積分電容放電完畢后，再使S2斷開
- 第一次積分階段
在轉換過程開始時（t=0），開關S1與A端接通，正的輸入電壓vI加到積分器的輸入端。積分器從0V開始對vI積分，其波形如圖斜線O-VP段所示。 根據積分器的原理可得
（其中τ＝RC）
由於vo<0，過零比較器輸出為高電平，時鍾控制門G被打開。於是，計數器在CP作用下從0開始計數。
經2n個時鍾脈沖后，觸發器FF0～FFn-1 都翻轉到0態，而 Qn = 1，開關S1由A點轉接到B點，第一次積分結束，第一次積分時間為:
t=T1=2nTc
令VI為輸入電壓在T1時間間隔內的平均值， 則由式
可得第一次積分結束時積分器的輸出電壓為Vp
- 第二積分階段
當t=t1時，S1轉接到B點，具有與vI相反極性的基准電壓-VREF加到積分器的輸入端;積分器開始向相反方向進行第二次積分;
當t=t2時，積分器輸出電壓v0≥0，比較器輸出vC=0，時鍾脈沖控制門G被關閉，計數停止。在此階段結束時v0的表達式可寫為
設 T2 = t2 - t1，於是有
設在此期間計數器所累計的時鍾脈沖個數為λ，則 T2=λTc
可見，T2與V1成正比，T2就是雙計分A/D轉換過程中的中間變量。
上式表明，在計數器中所得的數λ(λ=Qn-1···Q1Q0),與在取樣時間 T1 內輸入電壓的平均值VI成正比的。只要VI<VREF,轉換器就能正常地將輸入模擬電壓轉換為數字量，並能從計數器讀取轉換的結果。
如果取VREF = 2n v，則λ=VI，計數器所計的數在數值上就等於被測電壓。
由於雙積分A/D轉換器在時間內采的是輸入電壓的平均值，因此具有很強的抗工頻干擾的能力。尤其對周期等於T1或幾分之一的對稱干擾(所謂對稱干擾是指整個周期內平均值為零的干擾)，從理論上來說，有無窮大的抑制能力。
即使當工頻干擾幅度大於被測直流信號，使得輸入信號正負變化時，仍有良好的抑制能力。由於在工業系統中經常碰到的是工頻(50Hz)或工頻的倍頻干擾，故通常選定采樣時間T1總是等於工頻電源周期的倍數，如20ms或40ms等。
另一方面，由於在轉換過程中，前后兩次積分所采用的同一積分器。因此，在兩次積分期間(一般在幾十到數百毫秒之間)，R、C和脈沖源等元器件參數的變化對轉換精度的影響均可忽略。
最后必須指出，在第二積分階段結束后，控制電路又使開關S2閉合，電容C放電，積分器回零。電路再次進入准備階段，等待下一次轉換開始。
5.特點
(1)計數脈沖個數λ與RC無關，可以減小由RC積分非線性帶來的誤差。
(2)對脈沖源CP要求不變，只要在T1+T2時間內穩定即可。
(3)轉換精度高。
(4)轉換速度慢，不適於高速應用場合。
單片集成雙積分式A/D轉換器有ADC-EK8B(8位，二進制碼)、ADC-EK10B(10位，二進制碼)、MC14433(7/2位，BCD碼)等。
6.參考文獻
[1] http://www.go-gddq.com/html/s679/2012-07/1027500.htm