АЦП двойного интегрирования (интегрирующий АЦП)

Упрощенная схема АЦП, работающего в два основных такта (АЦП двухтактного (двойного) интегрирования), приведена на рис. 7.13.

Преобразование проходит две стадии: стадию интегрирования и стадию счета. В начале первой стадии ключ S₁ замкнут, а ключ S₂ разомкнут. Интегратор И интегрирует входное напряжение U_вх. Время интегрирования входного напряжения t₁

постоянно.

В качестве таймера используется счетчик с коэффициентом пересчета K_сч, так что:

(7.1)

К моменту окончания интегрирования выходное напряжение интегратора составляет

(7.2)

где U_{вх.ср .} - среднее за время t₁ входное напряжение. После окончания стадии

интегрирования ключ S₁ размыкается, а ключ S₂ замыкается и опорное напряжение U_оп поступает на вход интегратора. При этом выбирается опорное напряжение, противоположное по знаку входному напряжению. На стадии счета выходное напряжение интегратора линейно уменьшается по абсолютной величине, как показано на рис. 7.14. Стадия счета заканчивается, когда выходное напряжение интегратора переходит через нуль. При этом компаратор К переключается и счет останавливается.

Интервал времени, в котором проходит стадия счета, определяется уравнением

(7.3)

Подставив значение U_и(t₁) из (7.2) в (7.3) с учетом того, что

(7.4)

где n₂ - содержимое счетчика после окончания стадии счета, получим результат

(7.5)

Из этой формулы следует, что отличительной особенностью метода многотактного интегрирования является то, что ни тактовая частота, ни постоянная интегрирования RC не влияют на результат. Необходимо только потребовать, чтобы тактовая частота в течение времени t₁+t₂ оставалась постоянной. Это можно обеспечить при

использовании простого тактового генератора, поскольку существенные временные

или температурные дрейфы частоты происходят за время несопоставимо большее, чем время преобразования.

При выводе выражений (7.1)...(7.5) мы видели, что в окончательный результат входят не мгновенные значения преобразуемого напряжения, а только значения, усредненные за время t₁. Поэтому переменное напряжение ослабляется тем сильнее, чем выше его частота.

Способ двойного интегрирования позволяет хорошо подавлять сетевые помехи.

АЦП двойного интегрирования относится к наиболее медленно работающим преобразователям. Однако, высокая точность, низкий уровень шумов и низкая стоимость делают их незаменимыми для применения в щитовых приборах, мультиметрах, цифровых термометрах и т.п. Этому способствует также то, что результаты преобразования в интегрирующих АЦП часто представляются в десятичном коде или же в удобном виде для представления цифр десятичной системы счисления.