专利名称：一种积分式a/d转换方法及其模数转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及模数转换(A/D转换)方法，特别是涉及一种积分式模数转换方法。本发明还涉及一种使用该方法的模数转换装置。
背景技术：
模数转换器(A/D转换器)用于实现模拟(电压或电流)信号到数字信号的转换。它广泛用于各种数字处理场合，例如在仪器仪表领域，它将现场各种传感器或变送器的模拟信号转变成计算机系统能识别的数字信号，从而实现对现场信号的监控和处理。
目前的A/D转换电路主要包括计数式A/D转换器、逐次比较型A/D转换器、并行A/D转换器、双积分A/D转换器等等，其中双积分A/D转换器是应用较多的一种A/D转换器。双积分式A/D转换器具有很好的抗干扰性能，在数字电压表和工业现场的慢信号数据采集中得到广泛应用。
双积分A/D转换器是一种间接A/D转换器。所谓间接A/D转换器，是先将模拟信号电压变换为相应的某种形式的中间信号(如变为时间、频率等)，然后再将这个中间信号变换为二进制代码输出。目前，双积分A/D转换器一般是电压-时间(V-T)变换型间接A/D转换器。
图1和图2分别为双积分A/D转换器组成框图和双积分A/D转换方法的原理图。
请参看图1，所述双积分A/D转换器由积分器11、过零比较器12、基准电源13、时钟14、控制逻辑电路15、以及计数器16组成。
以下结合图2，简要说明该A/D转换器的工作原理。
如图2所示，双积分式A/D转换方法具体是首先，控制逻辑电路15通过积分选择电路17，选择待转换模拟电压Ui作为积分器11的输入，积分器11对该待转换模拟电压Ui正向积分固定时间T(该积分时间由时钟14计量)；然后，所述控制逻辑电路15通过积分选择电路17，选择基准电源13输出的已知电压值的基准电压U1在积分器11上进行反向积分，直到积分器11的输出电压为零。在进行上述积分的同时，使用所述计数器16进行计数。通过比较器12，可以在积分器11输出电压过零时产生高低电平的转换，从而产生触发信号，该触发信号控制计数器16停止计数，获得一个计数值，采用该计数值作为A/D转换的输出。
如图2所示，由于固定积分时间T是已知的，对应两个不同的电压A和B，分别有正比于电压值的反向积分时间T1和T2。采用公式Ui＝U1*T/Ti就可以计算待转换模拟电压的值，对应于电压A就是UA＝U1×T/T2；对应于电压B就是UB＝U1×T/T1。
通常，直接使用对所述固定时间T以及反向积分时间的计数值作为A/D转换后的数字值。
上述双积分A/D转换电路响应的是输入信号的平均值，当存在叠加的干扰信号时，干扰信号也是以其平均值对A/D转换结果产生影响，因此，双积分式A/D具有很好的抗干扰性能。
但是上述双积分A/D转换方法的转换精度仍然不够高，不能充分满足要求。
首先，上述方法没有考虑电路中零点电压对积分过程的影响。
具体电路中，由于电路元件参数的差异，使零输入时输出电压并不为零，该电压称为零点电压。当对输入的待转换模拟电压进行积分时，也同时会对该零点电压进行积分，这种零点电压的存在使A/D转换后的数值增大。
其次，上述A/D转换方法中，首先进行正向积分，继而进行反向积分，前者是对电容充电，后者是电容放电，而电容在充放电过程中的时间常数是有差异的，这同样影响A/D转换的精度。
再次，现有技术中固定积分时间T采用计时器计量，与计数器计量的反向积分时间在计量标准上不统一，造成误差。
发明内容
针对现有技术中双积分A/D转换方式的缺点，本发明提供一种积分式A/D转换方法，该方法针对现有技术中零点电压以及正反向积分等导致转换精度降低的缺陷，采取相应的弥补措施，因而具有更高的A/D转换精度。本发明同时提供一种使用该方法的A/D转换电路。
本发明提供的积分式A/D转换方法，包括11)对零点电压V0和标准电压Vb进行双向积分，获得计数值T0；12)对基准电压V1和标准电压Vb进行双向积分，获得计数值T1；13)对待转换电压Vx和标准电压Vb进行双向积分，获得计数值Tx；14)使用公式Vx＝(V1-V0)(Tx-T0)/(T1-T0)+V0计算待转换电压Vx的值，将该值作为待转换电压Vx的A/D转换输出值。
优选的，所述步骤11)包括21)对零点漂移电压V0进行正向定时积分，其中定时时间为固定时间Td，该定时时间Td在积分电路输出电压过零时开始计算；22)对零点漂移电压V0的积分时间Td到，停止积分，开始采用标准电压Vb对积分器反向积分，同时计数器开始计数；23)当积分器输出电压过零时，产生触发信号，使计数器停止计数；获得计数值T0。
优选的，所述步骤12)包括31)对基准电压V1进行正向定时积分，其中定时时间为固定时间Td，该定时时间Td在积分电路输出电压过零时开始计算；32)对基准电压V1的积分时间Td到，停止积分，开始采用标准电压Vb对积分器反向积分，同时计数器开始计数；33)当积分器输出电压过零时，产生触发信号，使计数器停止计数；获得计数值T1。
优选的，所述步骤13)包括41)对待转换电压Vx进行正向定时积分，其中定时时间为固定时间Td，该定时时间Td在积分电路输出电压过零时开始计算；42)对零点漂移的积分时间Td到，停止积分，开始采用标准电压Vb对积分器反向积分，同时计数器开始计数；43)当积分器输出电压过零时，产生触发信号，使计数器停止计数；获得计数值Tx。
优选的，所述正向积分与反向积分的积分方向相反，正向积分可以是向正电压方向或负电压方向积分，相应的，反向积分就是向负电压方向或正电压方向积分。
优选的，所述步骤14)后，可以直接返回步骤13)对下一个待转换电压Vx进行A/D转换，此时继续使用步骤11)、步骤12)中获得的T0、T1。
优选的，根据所述待转换电压的电压范围将其分档，对于某个待转换电压，以该档电压上限的±20％范围内的电压作为基准电压V1的值。
优选的，所述零点电压V0、基准电压V1的值通过事先标定获得。
优选的，所述标准电压Vb是一个稳定的直流电压。
本发明提供的积分式A/D转换装置，包括控制计算单元、多路模拟信号选择电路、电压基准电路、积分电路、比较器、直流稳压电路；所述控制计算单元，用于对所述积分器的积分过程进行控制，并根据积分获得的计数值进行计算，获得A/D转换结果；所述积分过程包括对零点电压V0、基准电压V1、待转换电压Vx等与标准电压Vb的双向积分，分别获得计数值T0、T1、Tx；所述根据计数值计算获得A/D转换结果是利用公式Vx＝(V1-V0)(Tx-T0)/(T1-T0)+V0进行计算；所述电压基准电路，用于提供基准电压V1；所述积分电路，用于根据所述控制计算单元的控制实现积分过程；包括对零点电压V0、基准电压V1、待转换电压Vx与标准电压Vb的双向积分；所述比较器，用于接收积分电路的输出电压，并将该电压与零电压比较，当比较器输出发生突变时，将该突变信号作为触发信号输出到所述控制计算单元，用于控制双向积分中正向积分计时的开始和反向积分计数的停止；所述直流稳压电路，用于获得稳定的直流电压提供给上述各个单元使用，包括提供标准电压Vb用于所述双向积分。
优选的，所述积分式A/D转换装置还包括多路模拟信号选择电路，其具有多个输入端，用于接收多个输入信号，包括待转换电压Vx、基准电压V1，其地址端用于接收地址信号，并选择对应于该地址信号的多个输入端中一个连通到输出端作为输出信号，该输出信号作为所述积分器的输入。
优选的，所述积分式A/D转换装置还包括行波计数器，用于接收地址信号，并将该地址信号转化为并行的二进制的地址信号，作为输出到所述多路模拟信号选择电路的地址端的地址信号。
优选的，所述积分式A/D转换装置还包括光耦隔离电路，用于接收所述控制计算单元输出的地址信号，进行光电隔离后输出到所述行波计数器；以及接收所述比较器输出的触发信号，经过光电隔离后输出到所述控制计算单元的输入端。
优选的，所述积分式A/D转换装置还包括程控放大电路，用于接收所述基准电压、待转换电压，以及接收控制计算单元输出的放大倍数，根据所述放大倍数，将所述基准电压、待转换电压放大相应的倍数后，作为到所述积分器的输入。
优选的，所述积分式A/D转换装置还包括滤波电路，用于接收所述程控放大电路输出的所述放大后的电压信号，并将该信号中的干扰信号过滤后，再作为所述积分器的输入。
优选的，所述控制计算单元为微处理器。
优选的，所述电压基准电路包括一个精密电压基准和若干个精密电阻；精密电压基准被若干个精密电阻分压后，产生若干个基准电压，所述基准电压的值为待转换电压的分档的上限附近±20％的范围内的某个电压。
优选的，所述的程控放大电路包括运放、多路模拟开关和电阻；多路模拟开关和电阻配合，由控制计算单元控制构成各种不同的放大倍数的运放。
与现有技术相比，上述双积分A/D转换的方法的具有如下优点1、采用了对零点电压积分的方法测算零点电压对积分过程的影响。
2、与普通双积分电路不同，该电路的计数过程，均为对正向积分的过程进行计数，排除了普通双向积分电路正向积分计数、反向积分计数相互比较的情况；避免了正向积分、反向积分存在的差异。
3、本方法中没有直接使用固定时间Td计算，而是使用计数值T1，由于采用共同的计量标准，使A/D转换结果更为准确。
4、本方法根据待转换电压的值的范围，分为不同的电压档，在不同的电压档使用接近于该档电压量程上限的基准电压V1，使用该基准电压V1与零点电压V0计算待转换电压Vx的值，具有线性插值的效果。由于采用的A/D转换电路具有良好的线性度，因此采用线性插值的方法可以获得准确的转换值。现有技术的双向积分A/D转换仅仅采用的基准电压U1的值测算待转换电压，不具有线性插值效果，其转换值不如本方法准确。
5、由于本方法采用的A/D转换方法具有更高的原理，除了对电压基准和分压电阻的精度和稳定性有一定要求外，电路中其它电子器件不需要采用高精度的元件就可以实现较高的A/D转换精度。与此相比，在现有技术下要达到相同的A/D转换精度，必须使用精度等级更高的电子器件，而电子器件的精度等级的提高会导致成本的大幅度提高。因此，本发明还具有成本优势。
图1为现有技术的双积分A/D转换电路的组成框图；图2为现有技术的双积分A/D转换电路工作原理的波形示意图；图3为本发明第一实施例的流程图；图4为本发明第一实施例的A/D转换方法的波形示意图；图5为本发明第一实施例的A/D转换电路的组成框图；图6为本发明第一实施例的电路原理图。
具体实施例方式
请参阅图3，该图为本发明第一实施例的流程图。同时请参阅图4，该图为本发明第一实施例提供的A/D转换方法的波形示意图。
应当说明，以下所述的积分是在电容或其它积分元件组成的积分电路上实现。
步骤S301，开始。
步骤S302，对零点电压V0进行负电压方向的定时积分，其中定时时间为固定时间Td。该定时时间Td在积分电压过零时开始计算。如图4中点A到点B。
本方法与现有技术的不同之处之一在于，本方法考虑了具体电路中由于存在电路参数不对称等各种原因造成的零点电压。在本方法中，对零点电压进行积分，作为对待转换电压Vx进行线性插值的起点值，使这一因素对A/D转换的影响得到考虑。本步骤就是对零点电压V0进行积分，以便计算其影响。所述零点电压V0是积分电路前的各电路产生的零点偏移。所述零点电压V0的值属于具体电路的参数，对具体电路可以通过标定获得。
本实施例中，将向负电压方向积分作为双向积分的正向积分，相应的，向正电压方向积分作为双向积分的负向积分。具体而言，本实施例中进行的所有双向积分过程，都是采用首先向负电压方向积分，然后采用标准电压Vb向正电压方向积分的方法进行双向积分。实际上，也可以采用向正电压方向积分，然后采用标准电压Vb向负电压方向积分的方法进行双向积分，此时下述各步骤中的向正电压方向积分则是向负电压方向积分。
步骤S303，积分时间Td到达后(图4中B点)，停止对零点电压V0积分。
步骤S304，开始使用标准电压Vb进行正电压方向的积分，并开始计数。如图4中点B到点C。
所述标准电压Vb是一个电压值稳定的电压信号，本方法中使用该信号作为计量电压，对进行A/D转换中需要涉及的零点电压V0、基准电压V1以及待转换电压Vx，全部是先向负电压方向积分固定时间Td，再使用该标准电压Vb正向积分，同时开始计数，当达到过零点时停止计数，获得一个计数值。采用这种方法获得的计数值由于采用同一标准电压Vb，并且是采用同样方向的积分过程，因此具有良好的一致性。
在本实施例中，所述标准电压Vb是一个由直流稳压电源提供的稳定的负电压。
步骤S305，当积分器输出电压过零时(如图4中点C)，产生触发信号，该触发信号使计数器停止计数。记录该计数值T0。同时，积分过程继续进行若干时间。
在本方法中采用过零点作为计时的起点或计数的终点，这样可以保证A/D转换过程的各个阶段具有相同的起点和终点。在实际电路中，该过零点可以采用比较器准确的获得。如图4所示，与C点对应，比较器输出电压在C点具有阶跃突变，使用该阶跃信号作为触发信号控制计数器停止计数。以下各步骤中，过零点信号的获得都是采用相应的阶跃信号作为触发信号。
从步骤S302开始，到本步骤中积分到过零点，完成了一个完整的双积分过程，在本实施例中该双积分过程进行三次，即分别对零点电压V0、基准电压V1、待转换电压Vx进行双积分。
本步骤中所述的积分继续进行若干时间的目的是将积分电压达到正值，以便后续步骤可以产生过零信号作为定时器开始计时的基准点。
步骤S306，停止对标准电压Vb的积分过程，开始对基准电压V1进行负电压方向定时积分(图4中D点)，定时时间同样为Td。开始计时的标志是积分器输出电压过零时(图4中E点)产生的触发信号。
所述基准电压V1是一个电压值已知并且稳定的电压信号，该信号被用作计算待转换电压Vx的基准信号。考虑到后续计算的准确性的要求，该基准电压V1的取值为待转换电压Vx所在电压档的上限附近，以便与前述零点电压V0的计数值相配合，获得线性插值的效果。该基准电压V1取值的理想范围是所在电压档上限的±20％范围内。
步骤S307，计时时间达到所述固定时间Td(图4中F点)，停止对基准电压积分。
步骤S308，开始使用标准电压Vb进行正电压方向的积分，同时计数器计数(图4中F点到G点)。
步骤S309，当积分器输出电压过零时(图4中G点)，产生触发信号，该触发信号使计数器停止计数。记录该计数值T1。同时，积分过程继续进行若干时间。
上述步骤S306到步骤S309的用于获得所述计数值T1。该计数值T1将被用于A/D转换的计算中。
现有技术中，直接依据固定时间Td进行A/D转换计算，但是由于固定时间Td与通过计数获得的时间T1或T2的测算标准不同，计算获得的转换结果也不准确。
本发明提供的A/D转换方法与现有技术的不同之处在于，该方法用与获得待转换电压的计数值同样的方法，获得基准电压V1的计数值，由于采用的方法相同，最终A/D转换结果也就更加准确。
本步骤中过零点后，积分过程继续若干时间的目的与步骤S305相同。
步骤S310，如图4中H点，开始对待转换电压Vx进行负电压方向定时积分。积分器输出电压过零时(图4中I点)，计时开始。
步骤S311，计时时间达到所述固定时间Td(图4中J点)，停止对待转换电压Vx积分。
步骤S312，使用所述标准电压Vb开始对积分器进行正电压方向积分(图4中J点至K点)，同时计数器开始计数。
步骤S313，当积分器输出电压过零时(图4中K点)，产生触发信号，该触发信号使计数器停止计数。记录该计数值TX。同时，积分过程继续进行若干时间。
步骤S314，根据公式计算Vx，该计算值即可作为A/D转换的结果。
所述公式为Vx＝(V1-V0)(TX-T0)/(T1-T0)+V0与现有技术相比，该公式考虑了零点电压T0的影响，在公式中将该影响消除。同时该公式中没有直接采用基准电压V1积分的固定时间Td计算待转换电压Vx的值，而是使用与Tx同样方法获得的基准电压V1的计数值T1计算待转换电压Vx，使结果更为准确。
该公式的实质是在V0与V1间进行线性插值，获得待转换电压Vx的计算值作为A/D转换的结果。由于基准电压V1选择在待转换电压Vx所在电压档的上限附近，而采用本发明所述A/D转换方法的电路具有很好的线性度，因此用线性插值方法计算Vx可获得很高的精度。
步骤S315，判断是否还有下一个待转换电压；若是，则返回步骤S310(如图4中L点至O点)；若否，则进入步骤S316。
由于对于同一档的待转换电压，V0、V1的值是一样的，因此，可以不再进行对V0、V1的双向积分，直接用已经获得的T0、T1值进行后续的A/D转换。
步骤S316，结束。
请参阅图5。图5为本发明第一实施例的A/D转换器的结构框图。该A/D转换器用于实现上述A/D转换方法。
所述的控制计算单元51为本A/D转换器的核心控制器件，用于对积分过程进行控制，以及根据计数值进行计算，获得A/D转换结果。包括通过I/O口线发送命令，轮流选择零点、基准电压、以及各路待转换电压信号进入积分电路，控制积分过程，通过计数器计数获得计数值，以及最终进行计算，获得A/D转换的结果并输出。
光耦隔离电路52，用于接收控制计算单元51发送的数字信号，进行光电隔离后输出到行波计数器53；以及将比较器59输出的电平信号经过光电隔离输出到所述控制计算单元51。该电路用于实现光电隔离，增强本A/D转换器的抗干扰能力。
行波计数器53用于接收所述控制计算单元51发送的选择信息，并用二进制码在输出引脚上表示。所述控制计算单元51发送的选择信息包括输出到多路模拟信号选择电路54的地址信号，以及输出到程控放大电路56的放大倍数信号。此外，所述控制计算单元51可以发出的触发信号对该行波计数器53清零。由于控制计算单元51输出的地址信号是串行的信号，而后叙的多路模拟信号选择电路54的地址端需要接收并行二进制地址信号，因此，需要由该行波计数器53进行地址变换。
所述的多路模拟信号选择电路54为多通道模拟开关，具有多个输入端，每个输入端与一路电信号相连接；该多路模拟信号选择电路还具有地址端，用于接收所述行波计数器输出的地址信号。该电路根据所述地址端的地址信号选择对应的输入端开通，使该输入端的输入电信号作为该电路的输出信号。所述电路的各个输入端输入的电信号包括对应于不同电压范围的待转换电压Vx、基准电压V1等电压信号。
所述的程控放大电路56用于接收所述多路模拟信号选择电路54输出的电压信号，并接收所述行波计数器输出的放大倍数信号，该程控放大电路56根据所述放大倍数信号的数值对接收的所述电压信号进行相应倍数的放大，并将经过放大后的电压信号输出。
所述的电压基准电路55用于产生电压基准信号V1。所述电压基准信号V1根据待转换电压Vx的各个档，产生接近该档输入电压信号上限的电压基准信号V1。所述电压基准信号V1输出到所述多路模拟信号选择电路54的一个输入端。
所述滤波电路57用于接收所述程控放大电路56输出的电压信号，将电压信号中的干扰信号过滤后输出。
所述积分电路58接收所述滤波电路输出的电压信号，以及控制计算单元51的控制指令，根据所述控制指令对所述电压信号进行积分，获得的积分信号输出。
所述比较器59用于接收所述积分信号，并将所述积分信号与零点电压进行比较，产生高低电平信号作为所述的过零信号，该信号通过所述光电隔离电路52输出到控制计算单元51，通过中断方式，控制计数器工作的起停。
所述的直流稳压电路510用于为行波计数器53、多路模拟信号选择电路54、电压基准电路55、程控放大电路56、滤波电路57、积分电路58和比较器59提供稳定的隔离电压，包括积分过程中使用的标准电压Vb。
该电路中可以在控制计算单元51的程序控制下，实现本实施例的A/D转换方法。具体工作过程是所述控制计算单元51分别选择所述经过放大和滤波后的零点电压V0、基准电压V1、待转换模拟电压信号Vx负电压方向定时积分，然后对标准电压Vb信号向正电压方向积分。积分电路输出的连续变化的积分信号经比较器59与零点电压比较，并根据比较结果输出高低电平信号，通过光电隔离电路52隔离后输出到控制计算单元51，从而控制计时器计时的开始以及计数器计数的结束。最后，获得的对应于各电压的计数值T0、T1、Tx，使用公式Vx＝(V1-V0)(TX-T0)/(T1-T0)+V0计算Vx的值，将该值作为A/D转换的结果。
从图4可知，比较器输出电平发生高低电平的突变时，就是所述的过零点。该突变的高低电平就可以作为触发信号，控制计时器开始计时，以及计数器停止计数。
请参阅图6，该图为本发明第一实施例电路原理图。该电路是实现图5的A/D转换器的一种电路。本说明书对该具体电路仅作简略的说明。
所述控制计算单元51可以采用各种微处理器实现，例如采用MCS-51系列单片机89C2051(图6中U1)，根据实际使用时的不同情况，也可以使用其它型号的微处理器。
光耦隔离电路52由低速光耦U2、U3和限流电阻R1～R6组成。其中，光耦U2用于接收单片机U1输出的地址信号，并将其光电隔离后输出到行波计数器；光耦U3用于接收比较器输出的比较电平，将其光电隔离后输出到单片机U1。
行波计数器53(图6中U4)的输入端连接所述光耦U2的输出端，用于接收光耦U2输出的地址信号，其输出端连接多路模拟信号选择电路(图6中U5、U6)的地址端。
多路模拟信号选择电路54(图6中U5)为多通道模拟传输器，其具有多个输入端，分别连接着零点电压、基准电压和多个输入信号，其中不同输入端连接的待转换电压号可能处于不同的电压档。根据其地址端获得的所述地址信号，选择相应的输入端与输出端连通。在所述控制计算单元51输出的地址信号(经过光耦的隔离，以及通过行波计数器转变为并行的二进制信息)控制下，在适当的时机选择适当的信号输出，使本实施例的积分过程得以实现。
电压基准电路55(图6中U8)采用功耗小，且稳定性好的精密电压基准，同时，使用若干个低温漂系数、同材料的精密电阻(图6中R16、R17、R18)进行分压，即可获得若干档稳定性好的精密基准电压。该电压基准电路输出到U5的一个输入端，通过U5在适当的时候向积分电路提供基准电压。
程控放大电路56包括多组2通道模拟传输器(图6中U6)、若干个电阻(图6中R8、R9、R10)和运放(图6中U7A)，通过控制U6的通道控制端A、B的状态，可构成一个有多档放大倍数的程控放大电路。
滤波电路57由运放U7D、电阻R13和电容C4组成。
积分电路58由运放U7B、电阻R14和电容C5构成。其中电容C5为积分元件。
比较器为运放U7C，其输出端输出比较电平。所述比较电平用于获得计时器定时开始、以及计数器计数结束的触发信号，也就是进行过零点检测。
为减少空间和节约成本，程控放大电路、滤波电路、积分电路和比较器也可共用一个运放。
DC/DC电路58由起振电路、变压器和外围整流、滤波和稳压电路构成。
该电路中，MCS-51系列单片机控制计算单元有2个定时/计数器，所以同时可控制2个上述的电路进行A/D转换。
上述电路作为图5的结构框图的具体电路，能够很好的完成本实施例的A/D转换功能。应当说明，也可以采用其它多种不同的器件以及连接方式实现本实施例提出的A/D转换器。本发明的保护范围并不局限于该具体电路。
本发明实施例虽然仅仅说明对电压信号进行A/D转换的情况，但是，本发明提出的技术方案也可以方便的用于电流等其它需要进行A/D转换的信号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种积分式A/D转换方法，其特征在于，包括11)对零点电压V0和标准电压Vb进行双向积分，获得计数值T0；12)对基准电压V1和标准电压Vb进行双向积分，获得计数值T1；13)对待转换电压Vx和标准电压Vb进行双向积分，获得计数值Tx；14)使用公式Vx＝(V1-V0)(Tx-T0)/(T1-T0)+V0计算待转换电压Vx的值，将该值作为待转换电压Vx的A/D转换输出值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤11)包括21)对零点漂移电压V0进行正向定时积分，其中定时时间为固定时间Td，该定时时间Td在积分电路输出电压过零时开始计算；22)对零点漂移电压V0的积分时间Td到，停止积分，开始采用标准电压Vb对积分器反向积分，同时计数器开始计数；23)当积分器输出电压过零时，产生触发信号，使计数器停止计数；获得计数值T0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤12)包括31)对基准电压V1进行正向定时积分，其中定时时间为固定时间Td，该定时时间Td在积分电路输出电压过零时开始计算；32)对基准电压V1的积分时间Td到，停止积分，开始采用标准电压Vb对积分器反向积分，同时计数器开始计数；33)当积分器输出电压过零时，产生触发信号，使计数器停止计数；获得计数值T1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤13)包括41)对待转换电压Vx进行正向定时积分，其中定时时间为固定时间Td，该定时时间Td在积分电路输出电压过零时开始计算；42)对零点漂移的积分时间Td到，停止积分，开始采用标准电压Vb对积分器反向积分，同时计数器开始计数；43)当积分器输出电压过零时，产生触发信号，使计数器停止计数；获得计数值Tx。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正向积分与反向积分的积分方向相反，正向积分可以是向正电压方向或负电压方向积分，相应的，反向积分就是向负电压方向或正电压方向积分。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤14)后，可以直接返回步骤13)对下一个待转换电压Vx进行A/D转换，此时继续使用步骤11)、步骤12)中获得的T0、T1。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，根据所述待转换电压的电压范围将其分档，对于某个待转换电压，以该档电压上限的±20％范围内的电压作为基准电压V1的值。
8.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述零点电压V0、基准电压V1的值通过事先标定获得。
9.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述标准电压Vb是一个稳定的直流电压。
10.一种积分式A/D转换装置，其特征在于，包括控制计算单元、多路模拟信号选择电路、电压基准电路、积分电路、比较器、直流稳压电路；所述控制计算单元，用于对所述积分器的积分过程进行控制，并根据积分获得的计数值进行计算，获得A/D转换结果；所述积分过程包括对零点电压V0、基准电压V1、待转换电压Vx等与标准电压Vb的双向积分，分别获得计数值T0、T1、Tx；所述根据计数值计算获得A/D转换结果是利用公式Vx＝(V1-V0)(Tx-T0)/(T1-T0)+V0进行计算；所述电压基准电路，用于提供基准电压V1；所述积分电路，用于根据所述控制计算单元的控制实现积分过程；包括对零点电压V0、基准电压V1、待转换电压Vx与标准电压Vb的双向积分；所述比较器，用于接收积分电路的输出电压，并将该电压与零电压比较，当比较器输出发生突变时，将该突变信号作为触发信号输出到所述控制计算单元，用于控制双向积分中正向积分计时的开始和反向积分计数的停止；所述直流稳压电路，用于获得稳定的直流电压提供给上述各个单元使用，包括提供标准电压Vb用于所述双向积分。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括多路模拟信号选择电路，其具有多个输入端，用于接收多个输入信号，包括待转换电压Vx、基准电压V1，其地址端用于接收地址信号，并选择对应于该地址信号的多个输入端中一个连通到输出端作为输出信号，该输出信号作为所述积分器的输入。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括行波计数器，用于接收地址信号，并将该地址信号转化为并行的二进制的地址信号，作为输出到所述多路模拟信号选择电路的地址端的地址信号。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括光耦隔离电路，用于接收所述控制计算单元输出的地址信号，进行光电隔离后输出到所述行波计数器；以及接收所述比较器输出的触发信号，经过光电隔离后输出到所述控制计算单元的输入端。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括程控放大电路，用于接收所述基准电压、待转换电压，以及接收控制计算单元输出的放大倍数，根据所述放大倍数，将所述基准电压、待转换电压放大相应的倍数后，作为到所述积分器的输入。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，还包括滤波电路，用于接收所述程控放大电路输出的所述放大后的电压信号，并将该信号中的干扰信号过滤后，再作为所述积分器的输入。
16.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制计算单元为微处理器。
17.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述电压基准电路包括一个精密电压基准和若干个精密电阻；精密电压基准被若干个精密电阻分压后，产生若干个基准电压，所述基准电压的值为待转换电压的分档的上限附近±20％的范围内的某个电压。
18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的程控放大电路包括运放、多路模拟开关和电阻；多路模拟开关和电阻配合，由控制计算单元控制构成各种不同的放大倍数的运放。
全文摘要
一种积分式A/D转换方法，包括11)对零点电压V0和标准电压Vb双向积分，获得计数值T0；12)对基准电压V1和标准电压Vb双向积分，获得计数值T1；13)对待转换电压Vx和标准电压Vb双向积分，获得计数值Tx；14)使用公式Vx＝(V1－V0)(Tx－T0)/(T1－T0)+V0计算待转换电压Vx的值。上述步骤中的双向积分包括下述步骤1)对V0或V1或Vx进行正向定时积分，定时时间为积分电路输出电压过零时开始计算的固定时间Td；2)积分时间Td到，停止积分，开始采用标准电压Vb对积分器反向积分，同时计数器开始计数；3)当积分器输出电压过零时，产生触发信号，使计数器停止计数；对应于电压V0、V1或Vx分别获得计数值T0、T1或Tx。本发明还公开实现上述方法的A/D转换装置。
文档编号H03M1/50GK1822506SQ20061000745
公开日2006年8月23日 申请日期2006年2月10日 优先权日2006年2月10日
发明者袁剑蓉, 金建祥, 张渝晖 申请人:中控科技集团有限公司, 浙江大学