[发明专利]一种用于精确测量领域的积分周期自适应工频型双积分A/D转换器

说明书

本发明揭示了一种用于精确测量领域的积分周期自适应工频型双积分A/D转换器，本发明对标准型双积分A/D转换器作出了改进。本发明的积分周期自适应工频型更高精度的双积分A/D转换器，其时钟频率/周期不再独立于工频交流电频率/周期，而是自动跟踪工频交流电频率/周期，消除了标准型双积分A/D转换器的工频信号周期与时钟周期不完全成整数比而带来的误差。另外，本发明的用于精确测量领域的积分周期自适应工频型双积分A/D转换器，其时钟频率/周期与工频交流电的电压幅值也无关，提高了应用的方便性。

技术领域

本发明涉及一种A/D转换器(模/数转换器，以下简称ADC)，具体涉及一种用于精确测量领域的积分周 期自适应工频型双积分A/D转换器。

背景技术

双积分式ADC具有很强的抗工频干扰能力，在数字测量中得到广泛应用。双积分式A/D转换器电路主要 由积分器、比较器、计数器、和标准电压源组成。

双积分式A/D转换器在“转换开始”信号控制下，模拟输入电压在固定时间内向电容充电(正向积分)， 固定积分时间对应于n个时钟脉冲充电的速率与输入电压成正比。当固定时间一到，控制逻辑将模拟开关切 换到标准电压端，由于标准电压与输入电压极性相反，电容器开始放电(反向积分)，放电期间计数器计数 脉冲多少反映了放电时间的长短，从而决定了模拟输入电压的大小。输入电压大，则放电时间长。当电容器 放电完毕，比较器输出信号使计数器停止计数，并由控制逻辑发出“转换结束”信号，完成一次A/D转换。

一方面，由于在转换过程中，前后两次积分所采用的同一积分器。因此，在两次积分期间(一般在几十 到数百毫秒之间)，R、C和脉冲源等元器件参数的变化对转换精度的影响均可忽略。另一方面，由于双积分 A/D转换器在时间内采的是输入电压的平均值，因此具有很强的抗工频干扰的能力。尤其对周期等于T1或 几分之一的对称干扰(所谓对称干扰是指整个周期内平均值为零的干扰)，从理论上来说，有无穷大的抑制能 力。即使当工频干扰幅度大于被测直流信号，使得输入信号正负变化时，仍有良好的抑制能力。由于在工业 系统中经常碰到的是工频(50Hz)或工频的倍频干扰，故通常选定采样时间T1即对待测电压信号进行第一次 积分的时间总是等于工频电源周期的倍数，如20ms或40ms等。

然而，前述双积分ADC所具有的很强的抗工频干扰的能力，仅就其工作原理而言的。根据其工作原理， 在实际应用场合中，应当要求第一次积分时间(对待测电压信号积分的时间)T1严格等于工频交流电的周 期，或严格地是工频交流电的周期的整数倍，这样才能使一个测试周期内的工频干扰被严格地消除。

在双积分ADC的通常使用中，都是采用一个独立的振荡器来产生时钟信号，并且选取第一次积分时间为 t＝T1＝2nT_C，这里n为计数器电路整体完成一次状态循环的时钟脉冲的个数，T_C为脉冲时钟信号周期。一台采 用双积分ADC的测量仪器，要求其双积分ADC的参数T1严格等于工频交流电周期的整数倍，实际上是难以 达到的，这是由于：

通常一个国家的电网频率是固定的，所有为这个国家和地区供应用电设备的厂家必须按照这个频率制作 设备才能正常使用。具体频率定的多少由各个国家自己按照国际习惯定义或者自己定义。例如，中国台湾为 60Hz，中国大陆为50Hz，日本关东为50Hz关西为60Hz，韩国为60Hz，新加坡为50Hz，美国、加拿大、巴 西为60Hz，俄罗斯、英国、法国、德国等欧洲国家则为50Hz。因此，仅就不同的国家或地区而言，采用双 积分ADC的测量仪器就需要针对不同的国家或地区分布设计两套参数，增加了设计、生产、调试的复杂度。