1、附录 1 译文 A/D 转换器按照转换原理可分为直接 A/D 转换器和间接 A/D 转换器。所谓直接 A/D 转换器，是把模拟信号直接转换成数字信号，如逐次逼近型，并联比较型等。其中逐次逼近型 A/D 转换器，易于用集成工艺实现，且能达到较高的分辨率和速度，故目前集成化 A/D 芯片采用逐次逼近型者多；间接 A/D 转换器是先把模拟量转换成中间量，然后再转换成数字量，如电压 /时间转换型（积分型），电压 /频率转换型，电压 /脉宽转换型等。其中积分型 A/D 转换器电路简单，抗干扰能力强，切能作到高分辨率，但转换速度较慢。有些转换器还将多路开关、基准电压源、时钟电路、译码器和转换电路集成在一个
2、芯片内，已超出了单纯 A/D 转换功能，使用十分方便。 ADC 经常用于通讯、数字相机、仪器和测量以及计算机系统中，可方便数字讯号处理和信息的储存。大多数情况下， ADC 的功能会与数字电路整合在同一芯片上，但部份设备仍需使用独立的 ADC。行动电话是数字芯片中整合 ADC 功能的例子，而具有更高要求的蜂 巢式基地台则需依赖独立的 ADC 以提供最佳性能。 ICL7107 是三位半双积分型 A/D 转换器，属于 CMOS 大规模集成电路，它的最大显示值为士 1999，最小分辨率为 100 V。能直接驱动共阳极 LED 数码管，不需要另加驱动器件， 采用士 5V 两组电源供电，在芯片内部从 V
3、与 COM之间有一个稳定性很高的 2.8V 基准电源，通过电阻分压器可获得所需 的基准电压。能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能， 输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。整机组装方便，无需外加有源器件，配上电 阻、电容和LED 共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。芯片本身功耗小于 15mv(不包括 LED)，不设有 专门的小数点驱动信号。使用时可将 LED 共阳极数数码管公共阳极接 V ， 可以方便的进行功能检查 。 双积分型 A/D 转换器 内部 包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是 A/D 转换器的心脏，在一
4、个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信号。时钟信号计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。分频器用来对时钟脉冲逐渐分频，得到所需的计数脉冲和共阳极 LED 数码管公共电极所需的方波信号。译码器 为 BCD 七 段译码器，将计数器的 BCD 码译成LED 数码管七段笔画组成数字的相应编码。驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画 的方波。控制器的作用有三个 ：第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开
5、关接通或断开，A/D 转换器能循环进行。第二，识别输入电压极性，控制 LED 数码管的负号显示。第二，当输入电压超量限时发出溢出信号，使 符号 位显示 “ 1” ，其余码全部熄灭。 调 锁存器用来存放 A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动 LED 。 双积分模数转换器 ICL7107 的工作原理： 当输入电压一定 时，在一定时间内对电量为零的电容器进行恒流（电流大小与待测电压成 正比）充电，这样电容器两极之间的电量将随时间线性增加，当充电 到 一定时间 后 ，电容器上积累的电量与被测电压 成正比。 然后让电容器恒流放电（电流大小与参考电压成正比），这样电容器两极之间的电量将线性减小，直
6、到 T2 时刻 减小为零。所以，可以得出 T2 也与 Vx 成正比。如果用计数器在 T2 开始时刻对时钟脉冲进行计数，结束时刻停止计数，得到计数值 N2，则 N2 与 Vx 成正比。 双积分 式 AD 转换器 的工作原理就是基于上述电容器充放电过程中计数器读数 N2 与输入电压 Vx 成 正比构成的。 ICL7107 双积分式 A/D 转换器的基本组成如图 1-1 所示。 图 1-1 ICL7107 内部结构图 ICL7107 内部 由积分器、过零比较器、逻辑控制电路、闸门电路、计数 器、时钟脉冲源、锁存器、译码器及显示等电路所组成。它的转换电路 大致分为三个阶段： 第一阶段，首先电压输入脚与
7、输入电压断开而与地端相连放掉电容器 C 上积累的电量，然后参考电容 refC 充电到参考电压值 refV ，同时反馈环给自动调零电容 CAZ 以补偿缓冲放大器、积分器和比较器的偏置电压。这个阶段称为自动校零阶段。 第二阶段为信号积分阶段（采样阶段），在此阶段 Vs 接到 Vx 上使之与积分器相连，这样电容器 C 将被以恒定电流 充电，与此同时计数器开始计数， 对于三位半模数转换器 ，当计到某一特定值（ N1=1000）时 充电过程结束，这样采样时间 T1 是恒 定的，假设时钟脉冲为 TCP，则 T1 的计算见公式（ 1-1）： T1=N1 TCP（ 1-1） 在此阶 段， Vo 与 Vx 极性
8、相反 ， Qo 为 T1 时间内恒流给电容器 C 充电得到的电量， Qo 和 Vo 的计算见公 式 （ 1-1）和（ 1-2） ： Qo = dtRx1T0V = 1TVRx （ 1-2） Vo=-CQo=- 1TVRCx（ 1-3） 第三阶段为反积分阶段（测量阶段），在此阶段，逻辑控制电路把已经 充电至refV的参考电容refC按与 V 极性相反的方式经缓冲器接到积分电路，这样电容C 将以恒定的电流放电，与此同时计数器开始计数，电容器 C 上的电量线性减小 ，当经过时间 T2 后，电容器电压减小到 0，由零值比较器 输出闸门控制信号再停止计数器计数并显示出计数结果。此阶段 关系 见公式 （
9、1-4）： Vo+C1 dtRref 20V =0 （ 1-4） 把式 （ 1-3） 代入式（ 1-4） ,所得 结果见式（ 1-5） ： T2=ref 1 Vx（ 1-5） 从式（ 1-5）可以看出，由于 T1 和 refV 均为常数，所以T2 与 Vx 成正比， 从 图 1-1 可以看出。若时钟最小脉冲单元为 CPT ,则 T1 和 T2的计算见公式 （ 1-6） 和 （ 1-7） ： CPT1N1T （ 1-6） CPT2N2T （ 1-7） 代入式（ 1-5），即有式（ 1-8）： N2=ref 1N Vx（ 1-8） 可以得出测量的计数值 N2 与被测电压 Vx 成正比。 双积分型
10、A/D 转换器 ICL7107 是一种间接 A/D 转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。 对于 ICL7107，信号积分阶段时间固定为 1000 个 CPT ,即 N1 的值为 1000 不变。而 N2 的计数随 Vx的变化范围为 0 1999，同时自动校零的计数范围为 2999 1000，也就是测量周期总保持在 4000 个 CPT 不变。即满量程时 N2 最大值见式 （ 1-9） ： max2N =2 N1=2000（ 1-9） Vx 最大值见式 （ 1-10）： maxVx =2 refV （ 1-10） 这样若取参考电压为 100mV，则最大输入电压为 200mV；若参考电压为 1V，则最大输入电压为 2V。
