Двухтактный интегрирующий АЦП

На рис. 5.7 иллюстрируется метод двухтактного (или двойного) интегрирования. Входное напряжение интегрируется в течение фиксированного интервала времени Т1, который, как правило, соответствует временной реализации всей счетной последовательности внутреннего счетчика. В конце этого интервала счетчик сбрасывается, а вход интегратора переключается на источник опорного сигнала. Выходное напряжение интегратора теперь уменьшается по линейному закону, пока не достигается его нулевое значение, где счетчик останавливается и интегратор устанавливается в исходное состояние. Заряд, накопленный интегрирующим конденсатором в течение первого интервала, должен быть равен заряду, потерянному им в течение второго интервала; значит .

Отсюда следует

Заметим, что отношение временных интервалов является одновременно отношением содержимого счетчика к числовому выражению полного диапазона счета. Другими словами, состояние счетчика в конце интервала t2 представляет собой выходное слово на двоичном выходе АЦП, Рассмотренная схема преобразования легко модифицируется для АЦП, использующих другие выходные коды.

Метод двухтактного интегрирования обеспечивает ряд преимуществ, главное из которых – отличные шумовые характеристики.

Поскольку входное напряжение интегрируется в течение некоторого промежутка времени, любые высокочастотные шумы, накладывающиеся на входной сигнал, при интегрировании компенсируются. Кроме того, фиксированный временной интервал Т1 можно выбрать таким, чтобы почти полностью исключить помехи с частотами, кратными 1/Т1. Для этой цели обычно выбирается временной интервал, определяемый частотой бытовой сети.

Следует отметить, что вариации частоты синхронизации не влияют на разрешение. Разрешение преобразователя ограничено только возможностями входящих в него аналоговых схем, а не дифференциальной нелинейностью, так как выходной сигнал интегратора непрерывен и не может приводить к появлению каких-либо выпадающих кодовых комбинаций на выходе преобразователя. Поэтому довольно просто получить хорошее разрешение и варьировать его путем изменения разрядности внутреннего счетчика и частоты синхронизации.

Главный недостаток двухтактного интегрирующего АЦП – низкое быстродействие. Например, если Т1 выбирается из условия ослабления сетевых наводок с частотой 60Гц и их гармоник, то минимальное возможное значение Т1 будет равно 16,67 мс. Поскольку время преобразования может вдвое превышать эту величину, то производительность преобразователя ограничена 30 отсчетами в секунду; такая производительность слишком мала для любой быстродействующей системы сбора данных. Двухтактные интегрирующие преобразователи широко используются в измерительных устройствах с отображением информации на цифровых индикаторных панелях, в цифровых мультиметрах и термометрах и в других аналогичных устройствах, где допустима низкая скорость отсчетов.