积分型（单斜率）ADC：原理、优势与双斜率替代方案
闪速 ADC 虽快但元件数大，许多设计难以承受。常见策略是用模拟积分器和精密数字计数器替代闪速 ADC 的 DAC 型斜坡，得到所谓单斜率或积分型 ADC。
此架构中，运放积分器产生连续锯齿波。模拟输入与该斜坡由高速比较器比较。比较器输出翻转瞬间表明积分器电压匹配输入，由晶振时钟驱动的计数器捕获经过时间。
核心框图如下：
图中简化了基于 IGFET 的放电晶体管；实际中锁存电路配合时钟确保比较器翻高时电容完全放电。
转换期间，输入超过积分器输出时比较器输出低。积分器线性充电电容，计数器按固定时钟速率计数。电容电压等于输入时比较器翻高，锁存计数器值到移位寄存器并触发 IGFET 将电容放电至零。
积分器电压回零后比较器再次翻低，清零计数器，开始下次转换。单斜率 ADC 行为类似数字斜坡 ADC，但参考是平滑锯齿而非“阶梯”。
尽管省去 DAC，单斜率架构受校准漂移困扰。转换精度取决于积分器斜率（由 –Vref、R、C 决定）与计数器时钟频率的精确匹配，任一参数漂移均降低性能。数字斜坡 ADC 中时钟仅影响更新时间，单斜率 ADC 中积分与计数相互依赖，易受老化和温度影响。
但元件减少和布局简化对低成本、低功耗应用有吸引力。
此 ADC 电路行为酷似数字斜坡 ADC，区别在于比较器参考电压是平滑锯齿波而非“阶梯”。
双斜率转换器
双斜率 ADC 通过两个积分阶段解决校准漂移。第一阶段，积分器以未知输入充电固定时间（计数器计时）。第二阶段，积分器以已知参考电压恒速放电；返回起始电压所需时间被计数。
两个时间间隔之比直接给出数字值，因积分和计数在同一周期内进行，时钟频率变化抵消。时钟变快缩短固定时间阶段，但也加速放电计数，最终结果不变。
此外，积分阶段固有的平均作用使双斜率转换器对瞬态噪声极不敏感。对输入在积分窗口内求和，尖峰和跌落被平滑，因此双斜率 ADC 常用于万用表、电能表等精密测量仪器。
总之，单斜率 ADC 设计更简单，双斜率架构以更长转换时间换取更高精度和抗噪性。
相关工作表：
- 模数转换工作表
工业技术