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求助:对双积分式ADC的原理分析的疑问

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闇hui|  楼主 | 2018-12-26 14:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 闇hui 于 2018-12-26 14:25 编辑

先上原理图 360截图20181226134757606.jpg 由于公司需要,使用了一个以前的一个双积分式ADC采集电路。由于以前接触的比较少不清楚自己分析的是否正确,所以求助一下各位大神帮忙一起分析一下。
条件:1.输入的Vin信号为模拟 负2.5V - 负5V
我个人分析,这个采集是通过输入双积分式ADC模式对信号进行积分 - 放大 - 比较;
第一步:将积分输入接地,释放积分电路上电容的电;
第二步:开关连接到Vin输入端,对输入信号进行t1时间信号积分;
第三步:将开关切换至5V,对积分电路进行放电积分;
积分转换输出如下图(图形绘制的不好请别介意):
360截图20181226140227227.jpg
然后通过电容充放电公式,由于5V基准电压接入积分电路放电的斜率是固定的,因此可以通过计算t2放电时间来获取Vin输入的电压。
充电公式: Uc = U * [ 1 - e^(-t / T)]
Uc 为t时刻电容充电的电压, U 为电源电压,T 为电容充放电的常数RC
放电公式:Uc = Uo * e^(- t / T)个人觉得,可以通过计数t2的时间来获取t2放电的电压是多少,由此来反推除Vin输入电压的大小。具体过程还没想好

Uo为放电前电容电压请问不知道这部分积分电路分析的是否正确,请各位大神仪器帮忙看看。
当积分输出后通过一个正向放大器,将信号放大101倍后输出到比较器,但是放大器输出后又经过一个电阻可以用开关切换到积分回去或者上拉、接地,这里就有点疑问,假如积分后的信号经过放大然后再次积分,这个信号跟原来输入的Vin信号还有关联吗?




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戈卫东| | 2018-12-26 23:18 | 显示全部楼层
你的公式应该是错的。

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闇hui|  楼主 | 2018-12-27 08:11 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2018-12-26 23:18
你的公式应该是错的。

这公式查了很多资料都是这样,想着当充电时间为0的时候,带入公式里,可以推出初始电压为0,。放电的时候由于电容理论上放电到0是需要很长的时间,当t接近无穷大的时候,放电就接近0了。
所以我没办法确认这个公式是不是真的错了。

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闇hui|  楼主 | 2018-12-27 08:33 | 显示全部楼层
看了其他大神的资料,计算这个输入电压,可以直接采用积分公式进行计算,开始启动转换的时候t = 0,开始进行输入积分转换,比较器输出由低电平转变成高电平,当时间为t1的时候开关切换到基准源输入,由积分公式 778015c241c002ab6a.png
Vo为输出电压,V1为0-t1时间积分的平均电压。
当开始第二次积分的时候,开关切换到5V基准输入,对电容进行放电,当时间达到t2的时候电容放电使积分输出经过零点电压,比较器输出由高电平转变成低电平,由积分公式有
669855c241c0a58383.png
设T = t2 - t1,则
307395c241ca809eab.png
t1由我们自己设定采集时间,T2需要通过定时器软件获取,由此可获得V1电压,从V1在计算出Vo电压。

950235c2419a358546.png

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闇hui|  楼主 | 2018-12-27 08:35 | 显示全部楼层
积分输出的放大可以理解为小信号的时候放大比较,但是当放大再次回到积分这点还是不明白,希望有大神能指导一下。

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戈卫东| | 2018-12-27 08:59 | 显示全部楼层
双斜率积分ADC的计算公式要简单的多。像这样
VX = T2 / T1 * VREF

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blade55| | 2018-12-27 11:11 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2018-12-26 23:18
你的公式应该是错的。

我觉得电路也有问题。

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maychang| | 2018-12-27 11:27 | 显示全部楼层
闇hui 发表于 2018-12-27 08:11
这公式查了很多资料都是这样,想着当充电时间为0的时候,带入公式里,可以推出初始电压为0,。放电的时候 ...

你的公式,百分百是错的。倒不是说公式本身错误,而是你用错了地方。
你的公式是直流电源通过电阻R对电容C充电或者放电,电容两端电压与时间的关系。而你的充电放电曲线是使用运放构成积分电路对某电源(基准电源)进行积分。

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戈卫东| | 2018-12-27 11:39 | 显示全部楼层
有MCU,做双积分ADC,如果输入电压是单一极性,只需要一个基准+一个运放+RC+一个比较器+三个模拟开关就够了。

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戈卫东| | 2018-12-27 11:41 | 显示全部楼层
你的电路用了太多的元件不知道是干什么的。

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闇hui|  楼主 | 2018-12-27 14:12 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2018-12-27 11:27
你的公式,百分百是错的。倒不是说公式本身错误,而是你用错了地方。
你的公式是直流电源通过电阻R对电容 ...

谢谢,了解了,上面的公式是使用在直流充放电过程计算使用的,像这样运放的积分电路,要计算的话还是要使用积分公式进行计算。

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闇hui|  楼主 | 2018-12-27 14:14 | 显示全部楼层
blade55 发表于 2018-12-27 11:11
我觉得电路也有问题。

由于这个电路是以前同事在另一个产品使用的,现在开发新的产品上级要求直接挪来使用不重新开发,所以有很多地方还没想明白

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闇hui|  楼主 | 2018-12-27 14:18 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2018-12-27 11:41
你的电路用了太多的元件不知道是干什么的。

我也没想明白,要是使用双积分式的话是不需要这么多电路,个人觉得三路比较或许是在输入信号比较大的时候使用的,但是跟前面的积分电路配合起来就觉得用不到了,因为积分的零点又不会改变,还有为什么放大之后可以经过开关拉到地或者回到积分电路去,这个也好纠结

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ficklechen| | 2020-2-17 18:16 | 显示全部楼层
这个是多斜坡积分adc,泄露天机了。

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戈卫东 2020-2-17 19:48 回复TA
不是多斜率。是有高低两个量程。 
ficklechen| | 2020-2-20 17:31 | 显示全部楼层
具体讲,是三斜坡积分adc。
-- 那个1.28M电阻就是第三个斜坡积分输入信号。

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R2D2| | 2020-2-21 18:43 | 显示全部楼层
TIM图片20200221184252.png

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R2D2| | 2020-2-21 21:56 | 显示全部楼层
上图是ICL7129的时序图,为了消除积分电容的吸附效应(Dielectric Absorption),双积分完成后,对积分电容的残余电压(Residue Voltage)放大了-10倍,再做双积分,然后重复上述过程一次。

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R2D2| | 2020-2-21 22:02 | 显示全部楼层
TIM图片20200221215310.png

我们还可以换一种思路。

这是大约1990年产的HG1946台式万用表,7135是真正的双积分,注意关键元件1C40,这是积分电容,天津的厂家用的是涤纶电容,根据我的经验,自检很难做到9960(理想状态是9999),线性非常差。但是这块表用34401A验证,线性度非常完美!!!只能说厂家出厂的时候标定过不同位置的电压,比如20V档,可能用5.000V、10.000V、15.000V、20.000V标定过并写入eeprom,把7135的非线性误差给去除掉了。

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