圖1中的設(shè)計實例使用了德州儀器公司的IVC102精密積分器的S1開關(guān),可在單輸入電流或兩個重疊輸入電流之間作出選擇,。這種功能可以獲得一個其特性與兩個輸入電流之比直接相關(guān)的輸出信號,。該電路能實現(xiàn)與大多數(shù)系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)的高精度。另外,,如果你用一個數(shù)字計數(shù)器控制采用IVC102的電路,,還可以提高精度(圖2)。在本例中,,系統(tǒng)的輸出是一個BCD(二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制)格式的數(shù),,它與輸入電流比率成正比,實現(xiàn)了真正的數(shù)字轉(zhuǎn)換,。
電路分為兩個階段,。當(dāng)IVC102的輸出電壓略高于LM311比較器的閾值電壓時,第一階段開始,。比較器生成一個下降沿信號,,而555單穩(wěn)多諧振蕩器啟動一個脈沖,使S1閉合,。在本例中,,如果I2大于I1,總輸入電流I2-I1產(chǎn)生一個負(fù)向斜坡,。在時間增量ΔTA期間內(nèi),,積分器的輸出電壓到達(dá)最終電壓值。因此,|VFIN-VTH|=(I2-I1)ΔTA/CINT,,其中CINT是IVC102的積分電容值,。當(dāng)555單穩(wěn)多諧振蕩器 的輸出脈沖結(jié)束時,第二個階段開始:S1斷開,,輸入電流I1使CINT放電,。用于保證閾值電壓值的輸出電壓的ΔTB則為CINT|VFIN-VTH||/I1,而比較器為單穩(wěn)多諧振蕩器產(chǎn)生一個新的觸發(fā)指令,,以開始一個新的循環(huán),。用前述方程可得:I1/I2=ΔTAf,其中f=(ΔTA+ΔTB)-1,。此方程表明,,生成輸出信號(一系列脈沖)的頻率f與I1/I2電流比率成正比。單穩(wěn)多諧振蕩器的精度直接影響著系統(tǒng)的精度,。相反,,如果積分電容和閾值電壓的值至少在1/f時間標(biāo)度內(nèi)保持恒定,則不會影響精度,。
通過修改產(chǎn)生恒定的ΔTA寬度脈沖的部分,,可以增加圖1電路的精度。圖2的電路用三個HCF40110 BCD計數(shù)器產(chǎn)生一個ΔTA寬度脈沖,。當(dāng)?shù)谌齻€計數(shù)器產(chǎn)生一個進(jìn)位時,,已過去了1000/fCK秒。圖2中,,一個設(shè)置/復(fù)位觸發(fā)器控制S1的狀態(tài),,而施密特觸發(fā)器輸入的74HC14六反相器則產(chǎn)生用于系統(tǒng)重新初始化的脈沖。下面對測量周期作一簡單說明,。當(dāng) IVC102 的輸出電壓高于閾值電壓時,,連接到第一個 HCF40110 觸發(fā)輸入端的 INH(禁止)信號禁止計數(shù)。同時,,比較器輸出的負(fù)沿產(chǎn)生一個大約10ms的負(fù)向脈沖,,閂鎖住輸出端的計數(shù)器值,以顯示實際的結(jié)果,。這一步后,,一個負(fù)脈沖將SR觸發(fā)器設(shè)定為閉合S1。對應(yīng)有一個正脈沖使計數(shù)器復(fù)位,。40110的閂鎖使能線被拉高,,因此計數(shù)器的復(fù)位不會影響顯示的數(shù)值。當(dāng)復(fù)位脈沖結(jié)束,,并且比較器輸出為高時,,HC40110可以繼續(xù)計數(shù),。當(dāng)?shù)谌齻€計數(shù)器產(chǎn)生一個進(jìn)位(負(fù)脈沖)時,已到了第1000個時鐘周期,,SR觸發(fā)器復(fù)位以斷開S1,。比較器輸出的下一個下降沿時,周期結(jié)束,。I2-I1為CINT充電的時間周期為NA/fCK(NA=1000),I1需要的放電時間為NB/fCK,。從積分器的關(guān)系式解得I2/I1=N/NA,,其中 N="NA"+NB。