一种双斜分数阶积分式模数转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种双斜分数阶积分式模数转换器，包括分数阶积分器、比较器、MCU控制器、时钟发生器和计数器，分数阶积分器包括运算放大器、电阻R和容性分抗元F，运算放大器的反向输入端分别与电阻R的一端和容性分抗元F的一端相连，容性分抗元F的另一端与运算放大器的输出端相连，运算放大器的同相输入端连接到地，电阻R的另一端分别与模拟开关S1的一端、模拟开关S2的一端、模拟开关S3的一端和模拟开关S4的一端相连。该模数转换器不仅能完成电压的测量，抑制共模干扰，而且与双斜积分式模数转换器相比具有更高的自由度、测量小电压能力更强、测量速度更快的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种双斜分数阶积分式模数转换器
本专利技术涉及模数转换器
，具体涉及双斜分数阶积分式模数转换器。
技术介绍
将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器。模数转换器在现代生活中被广泛应用，从智能手机到互联网，从医疗图像设备到平板电脑，模数转换器在各式各样的电气设备中连接我们周围的实际物理世界至数字信号处理设备。在过去40多年里，随着计算机、通信、多媒体技术的飞速发展，半导体制造工艺技术日益快速进步，促使数字信号处理技术功能更加复杂和多样化，高性能模数转换器已经成为现代数字信号处理系统不可或缺的部分。模数转换器按照工作原理主要分为逐次逼近式、双斜积分式、并行比较式等结构。双斜积分式模数转换器具有抗串模干扰能力强、对积分元件及时钟信号的稳定性、准确性要求低和测量灵敏度较高的优点，但无法改变积分运算电路的阶次，在积分电路电容确定的情况下，很难再有效的测量更小电压，在第一次积分时间固定和积分器电路电容量固定的情况下，第二次积分的速度很难提高。分抗(fractance)，是分数阶阻抗(fractional－orderimpedance)的简称，是具有分数阶微积分(fractional－ordercalculus，简称分数微积分)运算功能的电子元器件或系统。它是分数阶元件在电磁学、电气电子学、控制理论、信号分析与处理等领域的称谓。使用分抗元件(fractor)，就可以设计与构造分数阶控制系统，实现具有分数微积分运算特性的(线性、非线性)电路与系统——分数阶电路与系统。将分抗元件应用到双斜积分式模数转换器，得到双斜分数阶积分式模数转换器，是一种有益的尝试。专利技术内容本专利技术所要解决的技术问题是提供一种双斜分数阶积分式模数转换器，解决双斜积分式模数转换器无法测量较小电压和第二次积分的速度较慢的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种双斜分数阶积分式模数转换器，包括分数阶积分器、比较器、MCU控制器、时钟发生器和计数器，所述分数阶积分器包括运算放大器、电阻R和容性分抗元F，所述运算放大器的反向输入端分别与电阻R的一端和容性分抗元F的一端相连，所述容性分抗元F的另一端与运算放大器的输出端相连，所述运算放大器的同相输入端连接到地，所述电阻R的另一端分别与模拟开关S1的一端、模拟开关S2的一端、模拟开关S3的一端和模拟开关S4的一端相连，所述模拟开关S1的另一端与被测电压Uin相连，所述模拟开关S2的另一端与基准电压源-Uref相连，所述模拟开关S3的另一端与基准电压源+Uref相连，所述模拟开关S4的另一端连接到地，所述运算放大器的输出端与比较器的反向输入端相连，所述比较器的同相输入端连接到地，所述比较器的输出端和时钟发生器的输出端均与MCU控制器的信号输入端相连，所述MCU控制器的信号输出端分别与计数器、模拟开关S1、模拟开关S2、模拟开关S3和模拟开关S4相连。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述MCU控制器的型号为STC89C58。进一步，所述模拟开关S1、模拟开关S2、模拟开关S3和模拟开关S4的型号均为CD4051。进一步，所述运算放大器的型号为TL082。进一步，所述比较器的型号为LM358。进一步，所述被测电压Uin的绝对值小于基准电压Uref。本专利技术的有益效果是：在本专利技术中，该模数转换器不仅能完成电压的测量，抑制共模干扰，而且与双斜积分式模数转换器相比具有更高的自由度、测量小电压能力更强、测量速度更快的优点。附图说明图1为本专利技术结构框图；图2为本专利技术实施例中电压值ΔU与时间T1和阶数μ的三维曲面图；图3为本专利技术实施例中时间ΔT与时间T1和阶数μ的三维曲面图；图4为本专利技术实施例中分数阶积分器的输出电压曲线图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，一种双斜分数阶积分式模数转换器，包括分数阶积分器、比较器、MCU控制器、时钟发生器和计数器，分数阶积分器包括运算放大器、电阻R和容性分抗元F，运算放大器的反向输入端分别与电阻R的一端和容性分抗元F的一端相连，容性分抗元F的另一端与运算放大器的输出端相连，运算放大器的同相输入端连接到地，电阻R的另一端分别与模拟开关S1的一端、模拟开关S2的一端、模拟开关S3的一端和模拟开关S4的一端相连，模拟开关S1的另一端与被测电压Uin相连，模拟开关S2的另一端与基准电压源-Uref相连，模拟开关S3的另一端与基准电压源+Uref相连，模拟开关S4的另一端连接到地，运算放大器的输出端与比较器的反向输入端相连，比较器的同相输入端连接到地，比较器的输出端和时钟发生器的输出端均与MCU控制器的信号输入端相连，MCU控制器的信号输出端分别与计数器、模拟开关S1、模拟开关S2、模拟开关S3和模拟开关S4相连。在本专利技术实施例中，MCU控制器的型号为STC89C58。在本专利技术实施例中，模拟开关S1、模拟开关S2、模拟开关S3和模拟开关S4的型号均为CD4051。在本专利技术实施例中，运算放大器的型号为TL082。在本专利技术实施例中，比较器的型号为LM358。在本专利技术实施例中，被测电压Uin的绝对值小于基准电压Uref。本专利技术的工作原理为：对于特征量为Cμ的μ阶容性分抗元F，当输入的电流为i(tx)时，容性分抗元F两端电压u(tx)为：在公式(1)中，为函数i(t)的μ(0<μ<1)阶积分，t0和tx是分数阶积分运算的下界和上界，且tx≥t0，u(t0)为t0时刻容性分抗元F两端的电压。分数阶积分器的第一次积分是对被测直流电压Uin做定时为T1的分数阶积分，第二次分数阶积分是对基准电压做定值积分，直到输出(图1所示的B点)电压uB＝0V时结束积分，第二次分数阶积分时间为T2。在两次分数阶积分过程中均对时钟脉冲进行计数。时钟脉冲的周期为T0，且T1＝N1T0、T2＝N2T0。N1和N2分别为第一次分数阶积分和第二次分数阶积分的时钟周期数。可通过基准电压源、积分时间T1、T2等计算出被测直流电压Uin，计算公式为：第一次分数阶积分时，若比较器输出(图1所示的C点)为高电平，则Uin＝|Uin|，比较器输出低电平，则Uin＝-|Uin|。本专利技术的具体工作过程可分为准备期、第一次分数阶积分期和第二次分数阶积分期。准备期：MCU控制器控制模拟开关S4接通，分数阶积分器的输入(图1所示的A点)电压为0V，容性分抗元F放电后，输出(图1所示的B点)电压uB(t0)＝0V，分数阶积分器处于保持状态。计数器清零，整个系统处于等待分数阶积分状态。第一次分数阶积分：在t0时刻，MCU控制器控制模拟开关S4断开、模拟开关S1接通，分数阶积分器对被测直流电压Uin进行分数阶积分，分数阶积分期间输入容性分抗元F的电流i(t)为：经过固定时间T1后，在t1时刻MCU控制器控制模拟开关S1断开，停止对Uin的分数阶积分，此时分数阶积分器的输出(图1所示的B点)电压uB(t1)为：第二次分数阶积分：在t1时刻MCU控制器控制模拟开关S1断开、模拟开关S2或模拟开关S3接通(第一次分数阶积分时：比较器输出高电平，Uin则为正电压，模拟开关S2接通；比较器输出低电平，Uin则为负电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双斜分数阶积分式模数转换器，其特征在于，包括分数阶积分器、比较器、MCU控制器、时钟发生器和计数器，所述分数阶积分器包括运算放大器、电阻R和容性分抗元F，所述运算放大器的反向输入端分别与电阻R的一端和容性分抗元F的一端相连，所述容性分抗元F的另一端与运算放大器的输出端相连，所述运算放大器的同相输入端连接到地，所述电阻R的另一端分别与模拟开关S1的一端、模拟开关S2的一端、模拟开关S3的一端和模拟开关S4的一端相连，所述模拟开关S1的另一端与被测电压Uin相连，所述模拟开关S2的另一端与基准电压源‑Uref相连，所述模拟开关S3的另一端与基准电压源+Uref相连，所述模拟开关S4的另一端连接到地，所述运算放大器的输出端与比较器的反向输入端相连，所述比较器的同相输入端连接到地，所述比较器的输出端和时钟发生器的输出端均与MCU控制器的信号输入端相连，所述MCU控制器的信号输出端分别与计数器、模拟开关S1、模拟开关S2、模拟开关S3和模拟开关S4相连。

【技术特征摘要】
1.一种双斜分数阶积分式模数转换器，其特征在于，包括分数阶积分器、比较器、MCU控制器、时钟发生器和计数器，所述分数阶积分器包括运算放大器、电阻R和容性分抗元F，所述运算放大器的反向输入端分别与电阻R的一端和容性分抗元F的一端相连，所述容性分抗元F的另一端与运算放大器的输出端相连，所述运算放大器的同相输入端连接到地，所述电阻R的另一端分别与模拟开关S1的一端、模拟开关S2的一端、模拟开关S3的一端和模拟开关S4的一端相连，所述模拟开关S1的另一端与被测电压Uin相连，所述模拟开关S2的另一端与基准电压源-Uref相连，所述模拟开关S3的另一端与基准电压源+Uref相连，所述模拟开关S4的另一端连接到地，所述运算放大器的输出端与比较器的反向输入端相连，所述比较器的同相输入端连接到地，所述比较器的输出端和...

【专利技术属性】
技术研发人员：余波，杨果仁，蒲亦非，梁锐，
申请(专利权)人：成都师范学院，
类型：发明
国别省市：四川,51