一种高精度、低成本、多量程的AD转换技术

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1、一种高精度、低成本、多量程的A/D转换技术AnA/DConvertingTechnologywithHighPrecision,LowCostand.MultipleMeasuringRange（浙江大学枝制系'，杭州310027；浙江中挫技术有限公釦，杭州310053）摘要：分析了传统双枳分A/D转换器中影响转换梢度和稳定性的因素。介绍了利用单片机程序控制的A/D转换技术消除这些影响因索的工作原理和电路实现方法。利用该转换技术可以用较低的成本来保证多个■程模拟就输入信号A/D转换的精度和稳定性,并且容易实现电气隔离，具有很高的性价比，在检测仪表和工业现场的慢信号数据采集中有广泛的应用前景。

2、关■词：A/D转换离精度多量程低成本中图分类号：TP3354.1文酸标识码：AAbstract:Thefactorsthatimpacttheaccuracyandstabilityoftraditionaldual-slopeintegratingA/Dconverterareanalyzed.HieoperationalprincipleandcircuitimplementationofMCU-controlledA/Dconvertingtechnologythateliminatethoseimpactionsareintroduced.Thisconvertingtechnol

3、c^yassurestheaccuracyandstabilityofconversionofanalogsignalinputsinmultiplemeasuringrangebylowcostmeasures,andeasyimplementationofelectricalisolationwithhighcosteffectiveness・Itcanbewidelyusedfordigitalmeasuringinstrumentsandindustrialdataacquisition.Keywords：A/DconversionHighprecisionMultiplemeasu

4、ringrangeLowcost0引言A/D转换器是仪器仪表与电子设备实现数字化的必要部件，也是计算机的应用系统中一种重要的功能接口。目前常用的有逐次逼近型转换器、并行转换器、跟踪型转换器、双积分转换器等。其中,双积分A/D转换器因为转换精度高、抗干扰性能强，并且价格相对较低，在数字测温仪表以及工业现场的慢变信号数据采集中得到非常广泛的应用。但是双积分A/D转换器在实际应用中仍有不足之处。由于其工作过程中零点漂移误差、以及电容充放电造成的非线性，使得其如要获得较烏的精度，对电胳中运放、电阻（含电位器）、电压基准等元件的梢确度和温漂系数等指标的要求就非常高，对枳分电容的充放电特性也有很高的要求

5、，使成本大大增加。再者,双积分A/D转换器一般以BCD码并行输出，分辨率越高的转换器输出位数越多，在与CPU相连时不仅要占用较多的口线资源，而且也给电气隔离带来很大的困难。利用微机应用技术,可以有效地解决现有双积分A/D转换器的这些缺陷，真正做到低成本、高精度和高稳定性。1采用误差自校正技术的A/D转换原理双积分A/D转换器的组成和工作原理如图1所示。图1双积分A/D林换君Fig.1DuahdopeintegratingA/Dconverter由图la可知，电路先对未知的输入电压U,作固定时间的积分，固定时间为八然后转换为对基准电源提供的标准电压UK进行反向积分，直到积分器的输出电压为零，从

6、反向积分开始到过零点的积分时间为T,（对时钟脉冲计数获得），则Tt与输入电压大小成正比。%方数据PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVol.27No.8August2006如图lb所示，对应两个不同的负电压A和B（假定基准电压为正），分别有正比于电压值的反向积分时间外和耳。采用公式:〃产-U.T/T就可以计算待转换模拟电压的值。对应于A点电压，有-〃丿对应于B点电压，有Ub—UM。由于积分电路的运放存在输入失调电圧，而此电压的存在直接影响枳分精度。设输入失调电压为％,则〃产-(/tT/T+(i+r/r)^o虽然出厂时可通过调零来校准失调电压，但是随若时间以及环境温

7、度的变化，元件参数也会发生变化,造成失调电压发生漂移，进而影响测将度。因此要做到较髙将度，必须要求积分器的温度待性非常稳定。其次,双积分A/D转换方法中，首先进行正向积分，继而进行反向积分，前者是对电容充电，后者是电容放电，而电容充放电过程的待性是有差异的,这同样影响A/D转换的精度，并且由于被积分电压的大小不同呈现出非线性。针对上述双积分A/D转换技术中的缺陷,本文所介绍的A/D转换电路通过微处理器程序控制