原创 运用于温度传感器的双积分模数转换电路计算（下）

运用于温度传感器的双积分模数转换电路计算（下）

（2） 如果在进入清零阶段时MCU监测到的VO2为正电平，则说明此时VO1 < VREF2 ，清零过程如图4所示。在清零时间T0内，需先送入可使VO1进行反向积分的电平VI4，同时监测VO2，经过时间TO1后，VO2电平由高翻转为低。继续送入VI4，经过时间T02后，切换送入VI3，使VO1进行正向积分，经过时间TO3后，VO2电平再次发生翻转，此时，清零阶段结束。清零时间TO = T01 + T02 + T03

A、 设VO1初始电压为，则有

，即……………………8

……………9

…………10

……11

…………………………………12

B、 上述8、9、10、11式也可整合为：

即…………………13

（3） 为方便MCU进行控制，可将(1)、(2)整合起来，如下图5所示，虚线部分表示当处在±Vom区间内的不同情况。不管，我们都可以送入VI4，使其进行反向积分，当V01上升到最大值，即V01=+Vom后，V01将保持+Vom不变，除非将VI电平由VI4切换为VI3。

由此，我们可以将（1）、（2）整合并简化为：在T01+T02时间内，往VI送入反向积分电压VI4，使VO1上升至+Vom；接下来在T03时间内，往VI送入正向积分电压VI3，使VO1下降到VREF2，MCU控制端只需在T01+T02时间后监测VO2是否由低电平翻转为高电平即可知道是否已结束清零阶段。这个过程中有如下几点需注意：

A、 为保证在 T01+T02时间内，各种情况下的VO1都能变为+Vom，必须符合下式┄┄┄┄┄┄14

B、 在这种情况下，T03在每个清零过程中都是固定的，在已知VREF1、VREF2、±Vom、VI3时，可通过下式计算出T03：

┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15

C、 依4、5式可取VI4 = -8V，VI3 = 5V

则由14、15可得：

，可取；

；

D、 综上可得，清零过程总时间

（4）  通过优化电路为下图6所示，清零过程将变得更加方便快捷。分析如下：

图6、线路设计优化

A、  该电路的主要组成与上述的电路没有差异，唯一点不同的就是在C1两端增加了逻辑开关K1，该开关可以通过MCU进行实时控制；

B、 在清零开始时，通过MCU控制K1导通，由于K1阻抗非常小（通常小于100Ω），因此C1电容将很快进入平衡状态。此时，A1呈负反馈状态，且构成了射随器电路，电路稳定后的输出电压VO1 = VREF1；

C、 设K1导通阻抗为R，VO1在上电初始的值为，则有

即

D、  实际运用中可控制MCU导通时间即可；

E、 开关导通T01时间后，由MCU控制断开K1，同时往VI送入电压VI4使电容C1进行反向积分，经过时间T02后，输出电压VO1 =VREF2，且有

代入各值可求得 T02 = 5.83ms

即MCU需控制往VI送入电压VI4的时间为5.83ms，至此，清零阶段结束；

F、 上述中的T02不容易准确的控制，电路中的R1、C1的不同也会影响T02的取值，这样会降低测量的准确性。因此，为了更准确的测量，我们可以参考本节第（2）点所述的清零办法，将T02分成两个阶段，第一个阶段是使VO1 > VREF2，第二个阶段是使VO1通过正向积分降到VREF2，这样就可以通过VO2实时监测电路的最新状态。

2.6.8  关于正向积分过程T1：

该过程由MCU控制向VI送入待测电压VI1，同时MCU计时器开始计时，经过T1时间后，VO1输出电压

即 ……………………………16

2.6.9  关于反向积分过程及VI2的取值：

该过程由MCU控制向VI送入反向积分电压VI2，同时监测VO2，当VO2电平发生翻转时，计时器停止计时，计时器计时时间……………………………………17

此时，VO1输出电压

即 ……………………………18

为满足T2 < 29ms的要求（由上述2.6.4推导），则当T2 = 29ms时，有

……………19

由16、18式可得：………20

联合17、20式可求得VI1

2.6.10  以上计算仅供参考，运用到实际电路时需依实际情况和需求进行各参数的选取；

2.6.11  如图1所示的R4\R5与A2可构成迟滞比较器，本文中仅使用基本的比较器电路，因此R5处留空。实际使用中可按要求配置成迟滞比较器。