(电子测量)电压测量分析.ppt

2）单斜式ADC 工作原理 斜波发生器：通常由积分器对一个标准电压Vr积分产生，斜率为： (式中RC为积分电阻和电容) 斜波发生器产生斜波电压与输入比较器（Vx）和接地（0V）比较器比较。 比较器的输出触发双稳态触发器，得到时间为T的门控信号。 在门控时间T内，计数器对时钟脉冲计数，即T=NT0，T0为时钟信号周期。 计数结果N即表示了A/D转换的数字量结果。即 (式中，k为斜波电压的斜率，单位为V/秒) 2）单斜式ADC 工作原理 将 代入 得， 式中， 为定值，于是， 即，可用计数结果的数字量N表示输入电压Vx。 误差分析 斜波电压的线性和稳定性、门控时间的测量精度。 比较器的漂移和死区电压。 一般精度较低。 2）单斜式ADC 特点、应用 线路简单，成本低。 转换速度：门控时间T即为单斜式ADC的转换时间，取决于斜波电压的斜率，并与被测电压值有关，在满量程时，转换时间最长，即转换速度最慢。 可应用于精度和速度要求不高的DVM中。 [例] 设一台基于单斜A/D转换器的4位DVM，基本量程为10V，斜波发生器的斜率为10V/100ms，试计算时钟信号频率。若计数值N=5123，则被测电压值是多少？ [解] （1） 4位DVM即具有4位数字显示，亦即计数器的最大值为9999。 （2） 满量程10V： 即A/D转换器允许输入的最大电压为10V， （3）斜波发生器的斜率为10V/100ms，则 在满量程10V时，所需的A/D转换时间即门控时间为100ms。即在100ms内计数器的脉冲计数个数为10000（最大计数值为9999）。 于是，时钟信号频率为 若计数值N=5123，则门控时间为 又由斜率k=10V/100ms，即可得被测电压为 显然，计数值即表示了被测电压的数值，而显示的小数点位置与选用的量程有关。 3）双积分式ADC 基本原理： 通过两次积分过程(“对被测电压的定时积分和对参考电压的定值积分”)的比较，得到被测电压值。 原理框图 包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路。 下图a.原理框图，b.工作波形图。 3）双积分式ADC 工作过程 复零阶段（t0－t1）。开关S2接通T0时间，积分电容C短接，使积分器输出电压Vo回到零（ Vo =0）。 对被测电压定时积分(t1－t2)。接入被测电压（设Vx为正），则积分器输出Vo从零开始线性地负向增长，经过规定的时间T1， Vo达到最大Vom， 式中， 为Vx的平均值， 为积分波形的斜率(定值) 对参考电压反向定值积分(t2－t3)。接入参考电压(若Vx为正，则接入-Vr)，积分器输出Vo从Vom开始线性地正向增长(与Vx的积分方向相反)直至零。 3）双积分式ADC 此时，过零比较器翻转。经历的反向积分时间为T2，则有： 将Vom代入可得： 由于T1、T2是通过对同一时钟信号（设周期T0）计数得到（设计数值分别为N1、N2），即T1=N1T0，T2=N2T0，于是 或 式中， 为A/D转换器的刻度系数（“V/字”）。 可见计数结果N2（数字量）即可表示被测电压Vx，N2即为双积分A/D转换结果。 3）双积分式ADC 双积分式ADC特点： 基于V-T变换的比较测量原理。 一次测量包括3个连续过程，所需时间为T0+T1+T2，其中，T0、T1是固定的，T2则与被测电压Vx有关，Vx愈大T2愈大。一般转换时间在几十ms－几百ms，（转换速度为几次/秒－几十次/秒），其速度是较低的，常用于高精度慢速测量的场合。 积分器的R、C元件对A/D转换结果不会产生影响，因而对元件参数的精度和稳定性要求不高。 参考电压Vr的精度和稳定性对A/D转换结果有影响，一般需采用精密基准电压源。（例如，一个16bit的A/D转换器，其分辨率1LSB=1/216=1/65536≈15×10-6，那么，要求基准电压源的稳定性（主要为温度漂移）优于15ppm（即百万分之15））。 3）双积分式ADC 双积分式ADC特点： 比较器要求具有较高的电压分辨力（灵敏度）和时间分辨力（响应带宽）。如一个6位的A/D转换器，若满度时积分器输出电压为10V，则ADC的1LSB=10V/106=10uV，则要求比较器的灵敏度优于10uV。响应带宽则决定了比较器及时响应积分器输出信号快速（斜率较陡峭）过零时的能力。 积分器响应的是输入电压的平均值，因而具有较好的抗干扰能力。如输入电压vx=Vx+vsm，则T1阶段结束时积分器的输出为 DVM的最大干扰来自于电网50Hz工频电压（周期