第7章 电压测量-7-2综述.ppt

第7章．电压测量;7．7．4 逐次比较型DVM;1）逐次逼近比较式ADC;1）逐次逼近比较式ADC;1）逐次逼近比较式ADC;　　1. 主要电路单元 　　逐次比较型A/D变换器的主要电路单元有比较器、 控制电路、 逐次逼近寄存器SAR、 缓冲寄存器、 译码显示电路和模/数(D/A)变换器。;图7.7-7　逐次逼近型数字电压表的原理框图;比较器应用一种特殊设计的高速高增益运算放大器来完成输入端两电压的比较运算。 模拟输入电压Ux、反馈电压U0分别作用在比较器输入端， 若U0Ux，则比较器输出Qc=0(逻辑低电平)，若U0≤Ux， 则Qc=1(逻辑高电平)。 控制器发出一系列的节拍脉冲，并根据Qc值控制SAR各位的输出状态。;　　SAR是一组双稳触发器，如果是二进制n位A/D，则SAR中就有n个双稳触发器，各位的输出由控制器控制，并送往缓冲寄存器锁存和送往D/A变换成模拟量U0。 　　D/A包括基准电压源、电子开关电路和由分压分流电路组成的解码网络，其功能是将二进制数字量转换成模拟量。 ;例如，基准电压源的基准电压是Us=2.8 V，对于8 位D/A， 当输入数字量，输出模拟电压为U0=（128／256）Us=1.4 V； 当输入数字量，输出模拟电压U0=（1／256）Us=10.94 mV。 可见，同是二进制数码“1”，它在二进制数中的位置不同，其所代表的值也不同，不同位置上的“1”所代表的值称为权值。;　　图7.7-8是权电阻D/A变换原理，其中S0～S7是电子开关， 其通断对应于相应位ai的取值，若ai=1, 则Si通，若ai=0，则Si断。运用第3章介绍的运算放大器的分析方法不难得出： 当S0闭合(对应n位二进制数最低位(LSB)a0=1)时，有;图7.7-8 　权电阻A/D变换原理;当D/A输入为任意二进制数字量a7a6…a2a1a0时， 输出电压为;图7.7-9　T型电路D/A变换原理;　　可以用图(b)节点i等效电路来分析其工作原理。 对于0～7的任意节点i， 左、 右两侧的等效电阻均为2R， 因此其节点电位(ai=1时)为;(7.7-11);　　2. 逐次比较型A/D的工作原理 　　逐次比较型A/D的工作原理类似于天平称质量的过程(因而逐次比较又称称量法)。 它利用对分有哪些信誉好的足球投注网站原理， 依次按二进制递减规律减小， 从数字码的最高位(LMB或MSB， 相当于满度值FS的一半)开始， 逐次比较到低位， 使U0逐次逼近Ux。 　　现以一个简单的3比特(3位二进制)逐次比较过程说明其原理。 设基准电压Us=8 V， 输入电压Ux=5 V， 3 比特SAR的输出为Q2Q1Q0。 三位逐次比较流程图如图7.7-10所示。;图7.7-10　三位逐次比较流程图;控制电路首先置SAR的输出Q2Q1Q0=100，即从最高位MSB开始比较，100经D/A转换成U0=Us/2=4 V，加至比较器，Ux≥U0， 比较器输出Qc=1,使Q2维持“1”(留码)。 再令Q1=1,即Q2Q1Q0=110，加至D/A，使输出U0=6 V，因为UxU0, Qc=0,所以使得刚加上的码Q1=1改Q1=0(去码)。 接着再令Q0=1，即Q2Q1Q0=101, 加至D/A，使U0=5 V，因为Ux≥U0，比较器Qc=1，所以使Q0维持“1”。 最终SAR的输出Q2Q1Q0=101，即为输入电压Ux的数字码，经缓冲寄存器输出至译码电路，显示出十进制数5 V。 ;　　上述过程是在控制电路依次发出的节拍脉冲的作用下完成的， 其工作波形如图7.7-11 所示。 　　现在A/D变换器一般都是用大规模集成电路制作的， 如ADC0809、 ADC0816、 AD7574等都是8位(二进制)逐次逼近型A/D变换器， ADC1210是12位逐次比较型A/D 变换器.;图7.7-11　3比特逐次比较A/D工作波形图;7.7.5 双积分型DVM;图7.7-13　双积分A/D的原理图;7.7.5　双积分型DVM 其工作过程如下： 　　准备阶段(t0～t1)： 控制逻辑使开关S4接地,S1～S3断开，使积分器输入、输出为零，作为初始状态。 　　取样阶段(t1～t2): t1时刻，控制逻辑发出取样指令， 接通S1，断开S2～S4, 被测电压(－Ux)(设－Ux为负值)加到积分器，积分器输出电压U0线性上升， 一旦U00， 零比较器输出由低电平跳变到高电平。;　　打开计数闸门，时钟脉冲通过闸门，计数器开始减法计数。由于时钟是等周期T0的脉冲，因此这里的计数实质上就是计时。经过预置时间T1(对应计数器预置初值N1)，到达t2时，计数器溢出，并复零。此时积分器的输出达到最大值：;　　比较阶段(t2～t3)： 在取样结束， 计数