多斜率积分ADC-低频测量我最强

原创 云深之无迹 2025-01-13 09:30

为什么写这个?原因是看ADI的电路集看到了一个器件,点进去有篇七位半的DMM的文章:

出现了这个ADC

我们其实之前已经写过中间两个ADC了

在一些高位数的万用表里面早有耳闻,但是一直没看是啥?其擅长处理低频信号

在双斜率型 ADC 中,积分器生成两个不同的斜坡,一个斜坡具有已知的模拟输入电压 VA,另一个斜坡具有已知的参考电压 –Vref。因此,它被称为双斜率 A 到 D 转换器。其逻辑图如下所示:

这个是一个积分器

MT-027  ADI指南里面说的更好

第一阶段:输入信号积分
  1. 将待转换的模拟信号Vin接入积分器,进行一段固定时间T1的积分。
  2. 积分器的输出电压与输入电压Vin成正比,即:Vout = Vin * T1 / RC,其中R和C是积分电路的时间常数。
2. 第二阶段:参考电压积分
  1. 将积分器输入端接上一个与输入信号极性相反的参考电压Vref,进行一段可变的时间T2的积分。
  2. 当积分器的输出电压变为零时,停止积分,此时的时间T2与输入电压Vin成正比。
线性度好: 转换特性非常线性,适合于高精度测量。
电路结构简单,易于实现。
最大的问题是转换速度慢: 由于需要进行两次积分(积分时间长),转换速度相对较慢。
需要稳定的参考电压: 参考电压的稳定性直接影响转换精度。
需要一个计数器: 用于测量积分时间,计数器的精度决定了转换的精度。
我还是喜欢使用类比的方式:
1. 蓄水阶段:
  • 先装满水: 我们先用一个水龙头往水桶里注水,注水的时间固定。注水量取决于水桶的大小和水龙头出水速度,也取决于原来容器里的水量。
  • 水位代表电压: 水桶里水的高度就相当于输入的模拟电压。水位越高,表示电压越高。
2. 放水阶段:
  • 打开排水口: 然后,我们用一个流量恒定的水管将水桶里的水放掉。
  • 测量放水时间: 我们测量一下把水桶里的水完全放空需要多长时间。
时间就是答案: 放水的时间越长,说明原来水桶里的水越多,也就是输入的模拟电压越高。
其实就使用已知的变量来计算未知的变量。多斜率积分ADC就像一个精确的水桶,通过测量注水和放水的时间来测量水的多少.
为什么叫“多斜率”?
因为在整个过程中,水位(也就是电压)的变化不是线性的,而是分阶段的:
  1. 第一个阶段: 水位上升,斜率取决于输入电压的大小。
  2. 第二个阶段: 水位下降,斜率是固定的。
这两个阶段的斜率不同,所以称为“多斜率”。

这个转换的图也是这样的

使用天平也可以比喻:
就好比一个精密的天平,通过比较未知物体的重量和已知重量的砝码来测量物体的重量。
输入电压 就好比是未知物体的重量。
积分时间 就好比是天平平衡的时间。
https://www.analog.com/media/cn/training-seminars/tutorials/mt-027_cn.pdf
https://www.electronics-tutorial.net/analog-integrated-circuits/data-converters/dual-slope-type-adc/

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