基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器在低速、高精度測(cè)量領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，特別是在數(shù)字儀表測(cè)量領(lǐng)域積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器有單積分和雙積分兩種轉(zhuǎn)換方式，單積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理是將被轉(zhuǎn)換的電信號(hào)先變成一段時(shí)間間隔，然后再對(duì)時(shí)間間隔記數(shù)，從而間接的把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的一種轉(zhuǎn)換方法，它的主要缺陷是轉(zhuǎn)換精度不高，主要受到斜坡電壓發(fā)生器、比較器精度以及時(shí)鐘脈沖穩(wěn)定性的影響，為了提高積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器在同樣條件下的轉(zhuǎn)換精度，可采用雙積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)對(duì)模擬輸入信號(hào)的兩次積分，部分抵消了由于斜坡發(fā)生器所產(chǎn)生的誤差，提高了轉(zhuǎn)換精度"雙積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)表現(xiàn)在:精度較高，可以達(dá)到22位；抗干擾能力強(qiáng)，由于積分電容的作用，能夠大幅抑止高頻噪聲。但是，它的轉(zhuǎn)換速度較慢，轉(zhuǎn)換精度隨轉(zhuǎn)換速率的增加而降低，所以這種轉(zhuǎn)換器主要應(yīng)用在低速的轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，如測(cè)量領(lǐng)域。
[0003]雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器的重點(diǎn)就是其內(nèi)部的積分器，而積分器的性能當(dāng)然要看運(yùn)放，還有，系統(tǒng)中起隔離作用的BUFFER也對(duì)系統(tǒng)的性能有影響。
[0004]具體雙積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，輸入信號(hào)加在積分器上，同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。在預(yù)定的時(shí)間(T)后，一個(gè)反極性的參考電壓加到積分器上。此時(shí)積分器的累積電荷和輸入在這時(shí)間段(T)的平均值成正比。參考電壓的積分是斜率為VREF/RC的反斜坡。此時(shí)計(jì)數(shù)器又從O計(jì)數(shù)。當(dāng)積分器輸出達(dá)到O時(shí)，計(jì)數(shù)停止，重置模擬電路。因?yàn)殡姾傻脑黾雍蚔IN X T成正比，而同量的電荷丟失和VREF X tx成正比，結(jié)果是相對(duì)于全刻度的計(jì)數(shù)值和tx/T= VIN/VREF成正比。如果計(jì)數(shù)器的輸出是二進(jìn)制數(shù)，這就是輸入電壓的二進(jìn)制數(shù)表達(dá)。
[0005]傳統(tǒng)的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器在測(cè)量高精度的電流傳感器來(lái)時(shí)存在缺陷:1.電流在nA或pA級(jí)別時(shí)很難轉(zhuǎn)換成電壓后再進(jìn)行信號(hào)處理；2.R (電阻)和C (電容)形成的積分器在電流變化比較大時(shí)很容易進(jìn)入飽和狀態(tài)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器失去功能；3.電阻或電容太大以后無(wú)法集成在很小的芯片上，尤其是手機(jī)類(lèi)芯片上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]1、本發(fā)明的目的。
[0007]本發(fā)明為了解決電流在nA或pA級(jí)別時(shí)的誤差、積分器飽和后失效以及芯片面積過(guò)大的問(wèn)題，而提出了一種基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0008]2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。
[0009]基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括由開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和電容構(gòu)成的積分器、放大器、比較器、數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊、開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，輸入信號(hào)加在由開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電容構(gòu)成的積分器上，數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊開(kāi)始計(jì)數(shù)，在預(yù)定時(shí)間后，控制開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將一個(gè)反極性參考電壓加載在電容上，此時(shí)積分器的累積電荷和輸入在這時(shí)間段的平均值成正比，參考電壓的積分是斜率為VREF/RC的反斜坡，此時(shí)數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊從O計(jì)數(shù)，當(dāng)積分器輸出達(dá)到O時(shí)，計(jì)數(shù)停止，重置模擬電路。
[0010]更進(jìn)一步，所述的預(yù)設(shè)時(shí)間是由數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊調(diào)控，從而控制積分時(shí)間。
[0011]更進(jìn)一步，積分器的電荷的增加和輸入電壓X時(shí)間成正比，而同量的電荷丟失和對(duì)比電壓X對(duì)比電壓時(shí)間成正比，結(jié)果是相對(duì)于全刻度的計(jì)數(shù)值和對(duì)比電壓輸入時(shí)間/輸入電壓時(shí)間=輸入電壓/對(duì)比電壓成正比。
[0012]更進(jìn)一步，數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊的輸出為二進(jìn)制數(shù)。
[0013]更進(jìn)一步，在進(jìn)行積分和反積分時(shí)存儲(chǔ)在電容上時(shí)，失調(diào)電壓抵消。
[0014]更進(jìn)一步，所述的比較器在反積分的時(shí)候檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)來(lái)判斷反積分過(guò)程是否結(jié)束。
[0015]更進(jìn)一步，由所述的比較器的速度確定帶寬。
[0016]3、本發(fā)明的有益效果。
[0017](I)本發(fā)明通過(guò)調(diào)控積分時(shí)間讓積分器用很小的電容C也不飽和，解決了積分器飽和后失效的問(wèn)題。
[0018](2)本發(fā)明用開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊減少傳統(tǒng)積分器電阻R的大小，減少了電流在nA或pA級(jí)別時(shí)的誤差，也縮小了芯片的面積。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1現(xiàn)有技術(shù)中電路圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使專(zhuān)利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人將在下面以實(shí)施例的方式作詳細(xì)說(shuō)明，但是對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的等效變換都應(yīng)視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。
[0022]實(shí)施例1
基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括由開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和電容構(gòu)成的積分器、放大器、比較器、數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊、開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，輸入信號(hào)加在由開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電容構(gòu)成的積分器上，數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊開(kāi)始計(jì)數(shù)，在預(yù)定時(shí)間后，控制開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將一個(gè)反極性參考電壓加載在電容上，此時(shí)積分器的累積電荷和輸入在這時(shí)間段的平均值成正比，參考電壓的積分是斜率為VREF/RC的反斜坡，此時(shí)數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊從O計(jì)數(shù)，當(dāng)積分器輸出達(dá)到O時(shí)，計(jì)數(shù)停止，重置模擬電路。
[0023]實(shí)施例2
基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括由開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和電容構(gòu)成的積分器、放大器、比較器、數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊、開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，輸入信號(hào)加在由開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電容構(gòu)成的積分器上，數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊開(kāi)始計(jì)數(shù)，在預(yù)定時(shí)間后，控制開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將一個(gè)反極性參考電壓加載在電容上，此時(shí)積分器的累積電荷和輸入在這時(shí)間段的平均值成正比，參考電壓的積分是斜率為VREF/RC的反斜坡，此時(shí)數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊從O計(jì)數(shù)，當(dāng)積分器輸出達(dá)到O時(shí)，計(jì)數(shù)停止，重置模擬電路。
[0024]所述的預(yù)設(shè)時(shí)間是由數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊調(diào)控，從而控制積分時(shí)間。積分器的電荷的增加和輸入電壓X時(shí)間成正比，而同量的電荷丟失和對(duì)比電壓X對(duì)比電壓時(shí)間成正t匕，結(jié)果是相對(duì)于全刻度的計(jì)數(shù)值和對(duì)比電壓輸入時(shí)間/輸入電壓時(shí)間=輸入電壓/對(duì)比電壓成正比。數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊的輸出為二進(jìn)制數(shù)。在進(jìn)行積分和反積分時(shí)存儲(chǔ)在電容上時(shí)，失調(diào)電壓抵消。所述的比較器在反積分的時(shí)候檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)來(lái)判斷反積分過(guò)程是否結(jié)束。由所述的比較器的速度確定帶寬。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:包括由開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和電容構(gòu)成的積分器、放大器、比較器、數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊、開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，輸入信號(hào)加在由開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電容構(gòu)成的積分器上，數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊開(kāi)始計(jì)數(shù)，在預(yù)定時(shí)間后，控制開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將一個(gè)反極性參考電壓加載在電容上，此時(shí)積分器的累積電荷和輸入在這時(shí)間段的平均值成正t匕，參考電壓的積分是斜率為VREF/RC的反斜坡，此時(shí)數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊從O計(jì)數(shù)，當(dāng)積分器輸出達(dá)到O時(shí)，計(jì)數(shù)停止，重置模擬電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述的預(yù)設(shè)時(shí)間是由數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊調(diào)控，從而控制積分時(shí)間。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:積分器的電荷的增加和輸入電壓X時(shí)間成正比，而同量的電荷丟失和對(duì)比電壓X對(duì)比電壓時(shí)間成正比，結(jié)果是相對(duì)于全刻度的計(jì)數(shù)值和對(duì)比電壓輸入時(shí)間/輸入電壓時(shí)間=輸入電壓/對(duì)比電壓成正比。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊的輸出為二進(jìn)制數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:在進(jìn)行積分和反積分時(shí)存儲(chǔ)在電容上時(shí)，失調(diào)電壓抵消。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述的比較器在反積分的時(shí)候檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)來(lái)判斷反積分過(guò)程是否結(jié)束。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于:由所述的比較器的速度確定帶寬。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明基于開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換的雙坡積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括由開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和電容構(gòu)成的積分器、放大器、比較器、數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊、開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，輸入信號(hào)加在由開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電容構(gòu)成的積分器上，數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊開(kāi)始計(jì)數(shù)，在預(yù)定時(shí)間后，控制開(kāi)關(guān)電容反饋數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將一個(gè)反極性參考電壓加載在電容上，此時(shí)積分器的累積電荷和輸入在這時(shí)間段的平均值成正比，參考電壓的積分是斜率為VREF/RC的反斜坡，此時(shí)數(shù)字控制與計(jì)數(shù)模塊從0計(jì)數(shù)，當(dāng)積分器輸出達(dá)到0時(shí)，計(jì)數(shù)停止，重置模擬電路。本發(fā)明，解決了積分器飽和后失效的問(wèn)題，減少了電流在nA或pA級(jí)別時(shí)的誤差，也縮小了芯片的面積。
【IPC分類(lèi)】H03M1/52
【公開(kāi)號(hào)】CN105024699
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410167280
【發(fā)明人】劉惠博, 李繼鵬, 林建清
【申請(qǐng)人】蘇州邁略信息科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2014年4月24日