本發(fā)明屬于電子的技術(shù)領(lǐng)域，特別開關(guān)電容電路實現(xiàn)的積分器。

背景技術(shù)：

積分器電路是應(yīng)用于西格瑪?shù)聽査?shù)轉(zhuǎn)換器(sigma-deltaADC)的組成部分。西格瑪?shù)聽査?shù)轉(zhuǎn)換器是比例測量，即將模擬的輸入信號乘以增益A，與模擬的參考電壓的比例轉(zhuǎn)換為n比特的數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換過程。在過去，對模擬信號測量中發(fā)現(xiàn)很多時候被測信號本身的信號很大但是往往被測信號的信號變化量卻很小，ADC為了實現(xiàn)被測信號的較小變化量的精確測量需要花費較大代價。

例如專利申請201110047941.7公開了一種差分輸入的積分器，包括有差分信號源Vin、運算放大器A1、A2和儀表放大器A3，差分信號源Vin的兩端通過導(dǎo)線串接電阻R后分別接入運算放大器A1、A2的反向輸入端，運算放大器A1、A2的輸出端通過導(dǎo)線串接電阻R1后分別接入儀表放大器A3的反向輸入端和正向輸入端，儀表放大器A3的輸出端作為總信號的輸出端；運算放大器A1的正向輸入端與輸出端之間以及運算放大器A2的正向輸入端與輸出端之間分別并接有電容C。

該申請雖然可以抑制由共模電壓引起的積分漂移，其是通過多個運算放大器來實現(xiàn)的，積分測量有一定的準確性，但是有時候并不可靠，而且硬件成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種自帶DAC功能的ADC積分器及測量方法，該積分器及測量方法能夠幫助被測信號有一個較大的直流分量信號的測量，再通過ADC進行轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)了大信號上較小變化量信號的精確測量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

一種自帶DAC功能的ADC積分器，其特征在于該積分器電路包括采樣電容，2個積分電容，1個運算放大器，開關(guān)組；所述采樣電容具有兩組，一組連接運算放大器正輸入端，一組連接運算放大器負輸入端；2個積分電容，分別接于運算放大器的正輸入端和負輸入端；所述開關(guān)組設(shè)置于運算放大器與采樣電路之間，及采樣電容與輸入信號之間。

所述采樣電容，包括有2*n個采樣電容，即每組采樣電容包括有n個，n個采樣電容串聯(lián)起來，接于運算放大器上。

所述開關(guān)組，包括有復(fù)數(shù)個采樣開關(guān)及復(fù)數(shù)個控制開關(guān)。

所述采樣開關(guān)，其中兩個采樣開關(guān)串聯(lián)于一個采樣電容，接于VIP輸入信號正端和VIN輸入信號的負端；兩個采樣開關(guān)并聯(lián)于一個采樣電容，接于參考電壓的正端REFP和參考電壓的負端REFN。

進一步，所述采樣電容分為Cs11～Cs1n等n個正端信號采樣電容和Cs21～Cs2n等n個負端信號采樣電容，其中Cs1x(x＝1、2、…、n)正端信號采樣電容的上極板各自對應(yīng)連接1x(x＝1、2、…、n)、3x1(x＝1、2、…、n)、3x2(x＝1、2、…、n)三個開關(guān)，Cs1x(x＝1、2、…、n)正端信號采樣電容的下極板各自對應(yīng)連接1x1(x＝1、2、…、n)、1x2(x＝1、2、…、n)兩個開關(guān)；Cs2x(x＝1、2、…、n)負端信號采樣電容的上極板各自對應(yīng)連接2x(x＝1、2、…、n)、4x1(x＝1、2、…、n)、4x2(x＝1、2、…、n)三個開關(guān)，Cs2x(x＝1、2、…、n)負端信號采樣電容的下極板各自對應(yīng)連接2x1(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)兩個開關(guān)；1x1(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端連接輸入信號的正端Vip，1x2(x＝1、2、…、n)、2x1(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端連接輸入信號的負端Vin，3x2(x＝1、2、…、n)、4x1(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端連接參考電壓的正端REFP，3x1(x＝1、2、…、n)、4x2(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端連接參考電壓的負端REFN。

所述控制開關(guān)，設(shè)置于每個采樣電容與運算放大器之間。

所述采樣開關(guān)和控制開關(guān)，通過非交疊時鐘來控制，包括Ф1和Ф2、Ф1s和Ф2s。所述采樣開關(guān)和控制開關(guān)也可通過單個PMOS管或NMOS管、CMOS管等開關(guān)來實現(xiàn)。

所述積分電容分為正端積分電容和負端積分電容各一個，其中正端積分電容的上極板連接1x(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端及運算放大器的正輸入端，正端積分電容的下極板連接積分器正輸出端Vop和運算放大器的負輸出端；負端積分電容的上極板連接2x(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端和運算放大器的負輸入端，負端積分電容的下極板連接積分器負輸出端Von及30運算放大器的正輸出端。

一種自帶DAC的西格瑪?shù)聽査e分器的測量方法，其特征在于該方法通過采樣電容，使得被測信號可以加上一個參考電壓比例變量DAC的值后再進行ADC轉(zhuǎn)換。

進一步，所述DAC的值的大小由控制開關(guān)3x1(x＝1、2、…、n)或3x2(x＝1、2、…、n)、4x1(x＝1、2、…、n)或4x2(x＝1、2、…、n)決定(假設(shè)正端n個電容中有m個電容接REFN，有n-m個電容接REFP，對應(yīng)負端n個電容中有m個電容接REFP，有n-m個電容接REFN，m＝0、1、2、…、n)。則對應(yīng)DAC的值為：-(1-2m/n)*(REFP-REFN)/(REFP-REFN)，DAC的分辨率為：Log(n)/log2。

所述經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換輸出的ADC值為：

(2(Vip-Vin)-(1-2m/n)*(REFP-REFN))/(REFP-REFN)。

這樣ADC轉(zhuǎn)換得到的值是被測信號先加上一個DAC信號后再進行ADC轉(zhuǎn)換的。

還通過動態(tài)匹配的方式使得采樣電容Cs1x(x＝1、2、…、n)的n個之間和采樣電容Cs2x(x＝1、2、…、n)的n個之間的更加匹配。

本發(fā)明的實施，使得被測信號可以加上一個參考電壓比例變量后再進行ADC轉(zhuǎn)換，可以幫助被測信號有一個較大的直流分量信號的測量，通過自帶DAC的ADC可以先行減去較大的直流信號，再通過ADC進行轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)了大信號上較小變化量信號的精確測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所實施的自帶DAC的ADC積分器電路圖。

圖2是本發(fā)明所實施的自帶DAC的ADC技術(shù)的積分器控制開關(guān)所用時鐘的相位圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1表示按照述的實現(xiàn)一種自帶DAC的ADC積分器。圖1中，電路包括：采樣電容Cs11、Cs12、…、Cs1n、Cs21、Cs22、…、Cs2n，運算放大器30，積分電容33、34，開關(guān)1x1(x＝1、2、…、n)、1x2(x＝1、2、…、n)、2x1(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)、3x1(x＝1、2、…、n)、3x2(x＝1、2、…、n)、4x1(x＝1、2、…、n)、4x2(x＝1、2、…、n)、1x(x＝1、2、…、n)、2x(x＝1、2、…、n)。

圖2表示積分器電路中開關(guān)的各個相位時鐘說明，如下：

時鐘ф1相位開關(guān)3x1(x＝1、2、…、n)或3x2(x＝1、2、…、n)、4x1(x＝1、2、…、n)或4x2(x＝1、2、…、n)打開。

時鐘ф2相位開關(guān)1x(x＝1、2、…、n)、2x(x＝1、2、…、n)打開。

時鐘ф1s相位開關(guān)1x1(x＝1、2、…、n)、2x1(x＝1、2、…、n)打開。

時鐘ф2s相位開關(guān)1x2(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)打開。

開關(guān)電容電路的連接如下：

Cs1x(x＝1、2、…、n)正端信號采樣電容的上極板各自對應(yīng)連接1x(x＝1、2、…、n)、3x1(x＝1、2、…、n)、3x2(x＝1、2、…、n)三個開關(guān)，Cs1x(x＝1、2、…、n)正端信號采樣電容的下極板各自對應(yīng)連接1x1(x＝1、2、…、n)、1x2(x＝1、2、…、n)兩個開關(guān)；Cs2x(x＝1、2、…、n)負端信號采樣電容的上極板各自對應(yīng)連接2x(x＝1、2、…、n)、4x1(x＝1、2、…、n)、4x2(x＝1、2、…、n)三個開關(guān)，Cs2x(x＝1、2、…、n)負端信號采樣電容的下極板各自對應(yīng)連接2x1(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)兩個開關(guān)。1x1(x＝1、2、…、n)、2x2(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端連接輸入信號的正端Vip，1x2(x＝1、2、…、n)、2x1(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端連接輸入信號的負端Vin，3x2(x＝1、2、…、n)、4x1(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端連接參考電壓的正端REFP，3x1(x＝1、2、…、n)、4x2(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端連接參考電壓的負端REFN。

積分電容分為33正端積分電容和34負端積分電容各一個。其中33正端積分電容的上極板連接1x(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端、30運算放大器的正輸入端，33正端積分電容的下極板連接積分器正輸出端Vop、30運算放大器的負輸出端；34負端積分電容的上極板連接2x(x＝1、2、…、n)開關(guān)的另一端、30運算放大器的負輸入端，34負端積分電容的下極板連接積分器負輸出端Von、30運算放大器的正輸出端。

另外，開關(guān)通過2組非交疊時鐘來控制，包括Ф1和Ф2、Ф1s和Ф2s，如圖2所示。

積分器的實現(xiàn)過程如下：

在一個積分器周期內(nèi)：

采樣相：Ф1和Ф1S打開開關(guān)(每一個采樣電容Cs1x對應(yīng)的Cs3x1和Cs3x2的兩個開關(guān)，或采樣電容Cs2x對應(yīng)的Cs4x1和Cs4x2的兩個開關(guān)，只會根據(jù)DAC的值打開其中一個)。Cs1x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是Vip和REFN(或REFP)，Cs2x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是Vin和REFP(或REFN)。

積分相：Ф2和Ф2S打開開關(guān)。

Cs1x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是Vin和VCM，Cs2x(x＝1、2、…、n)采樣電容兩端的電壓分別是Vip和VCM。

那么積分相經(jīng)過積分后，積分器輸出電壓差是：(假設(shè)正端n個電容中有m個電容接REFN，有n-m個電容接REFP，對應(yīng)負端n個電容中有m個電容接REFP，有n-m個電容接REFN，m＝0、1、2、…、n)

(m*(Vip-REFN)+(n-m)*(Vip-REFP)-(m*(Vin-VCM)+(n-m)*(Vin-VCM))-m*(Vin-REFP)-(n-m)*(Vin-REFN)+(m*(Vip-VCM)+(n-m)*(Vip-VCM)))/Ch

那么積分器就實現(xiàn)了差分信號減去/加上一個參考電壓(REFP-REFN)的DAC的值。

經(jīng)過sigma-deltaADC轉(zhuǎn)換輸出的ADC值為：

(2(Vip-Vin)-(1-2m/n)*(REFP-REFN))/(REFP-REFN)

這樣ADC轉(zhuǎn)換得到的值是被測信號先加上一個DAC信號后再進行ADC轉(zhuǎn)換的。

這個DAC信號為：-(1-2m/n)*(REFP-REFN)/(REFP-REFN)

DAC的分辨率為：Log(n)/log2。

該DAC集成在西格瑪?shù)聽査{(diào)制器中，使得被測信號可以加上一個參考電壓比例變量后再進行ADC轉(zhuǎn)換，可以幫助被測信號有一個較大的直流分量信號的測量，通過自帶DAC的ADC可以先行減去較大的直流信號，再通過ADC進行轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)了大信號上較小變化量信號的精確測量。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。