游标式电压-数字转换器制造技术

本发明专利技术提供一种将电压输入信号转换成数字形式的电压—数字转换器。这种转换器包括一个接到电压输入信号、提供一个具有多个可选值的存储电容的存储电路。存储电路提供一个表示所加电压输入信号和所选电容值的电荷输出。电荷积累电路３６接到电荷输出，对来自存储电路３４的电荷进行积累，所积累的总电荷量与存储电路３４放电电荷量的积分成正比。电荷积累电路３６提供一个表示所积累的电荷和基准电荷比较结果的平衡输出。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与一种用数字来表示电压输入信号的电压-数字转换器有关。具体地说，本专利技术与一种改变电压-数字转换器分辨力的游标调整有关。通常，电压-数字转换器用来将一个敏感到的参数变换成该参数的数字表示形式，以便立即进行分析或传送到远处。在控制系统中，对一个所敏感参数进行测量和计算就可以确定如何适当地调整控制回路。一般，速度和精度是控制回路有效运行的关键。每当速度和精度能够得到改善，就会产生十分显著的效益。费立克等人的美国专利4，791，352“游标测量式传感器”和1988年3月30日存卷的相关未决申请No.07/175，627“测量电路”(Frick et al U.S.Patent 4，791，352 entitled“Transmiffer with Vernier Measarement”and co-Pending applioafion Sorial No.07/175，627，filed March30，1988 enfitled“Measarement Circait”)提出通过用一组在积分器内进行积累的电荷包(charge Paoket)实现转换显著改善参数-数字转换器速度和分辨力的方法。每一个电荷包中的电荷量表示了所敏感的参数。积累起来的电荷与一个基准电平相比较，所得输出则作为一个反馈信号，用来控制电荷包在积分器内的积累。在一个测量周期内所产生的电荷包的数目就表示了这个所敏感的参数。所敏感参数的数字表示由所计得的数目来确定。在费立克等人的专利中，通过在每个测量周期中加了游标调整(vernier adjustment)使精度得到改善。游标调整是一种改变电压-数字转换器分辨力的调整方法。在测量周期的第一段时间内，由第一激励电位产生一组第一电荷包，对积累在积分器中的电荷进行“粗”调，在测量周期的第二段时间内，由比第一激励电位低的第二激励电位产生一组第二电荷包。每个电荷包中的电荷量随激励电位的不同而不同，因此第二电荷包组对积分器上的电荷进行了“精”调。精调提供了比粗调精度高得多的数字结果。费立克等人专利的游标式结构同时提高了速度和分辨力，然而，用电阻或电容分压器、可编程增益运算放大器或其它分压器产生粗、细激励电位使电路相当复杂，而且还需要对电路进行调整。为了对电荷包计数方便，电阻分压必需调成一个整数N，并且在两个分压器中进一步相互与这整数N匹配。因此有必要提供一种游标式结构，这种结构具有所需的速度和分辨力，但又不需要产生粗、精激励电位的复杂电路。传感器敏感一个诸如压力之类的参数，给出一个表示这所敏感参数的输出。这种传感器包括一个有游标调整来增加转换速度和分辨力的电压-数字转换器。转换包括一个或多个产生表示电压输入信号的数字输出的测量周期。电压输入信号表示了所敏感参数。电压-数字转换器有一个输当各个电压输入信号的存储电路，该存储电路提供了一个具有一组可选值的存储电容。各电压输入信号有选择地加到存储电容，使存储电容周期性充电和放电，从而提供一个表示所加的电压输入信号和所选电容值的电荷输出。将电荷输出加到电荷积累电路，对来自存储电路的电荷进行积累。所积累的总电荷正比于存储电路放电电荷量的积分。电荷积累电路给出一个表示所积累电荷与基准电荷比较结果的平衡输出。定时电路接到平衡输出端，根据平衡输出信号提供控制存储电容充放电、在电荷输出端上产生各种电荷包序列的反馈信号。当在存储电路中选择第一电容值时，第一电荷包序列使电荷积累趋向基准电荷，处于第一组分差之内。当选择第二电容值时，第二电荷包序列使电荷积累趋向基准电荷，处于第二组公差之内。计算电路接到定时电路，用来对在一个测量周期内所产生的各电荷包进行计数。计算电路向输出电路提供数字输出，根据所计个数输出电路产生表示电压输入信号的输出信号。在一个实例中，应变片传感器电路具有二个(第一和第二)上述本专利技术的电压-数字转换器。这个传感器电路还包括一个电阻电桥和至少一个与这个电桥串联的精密电阻。电阻电桥对压力和温度敏感感，而精密电阻的阻抗对温度的敏感性要比电阻电桥低。第一电压-数字转换器给出一个表示精密电阻两端压降从而指示电阻电桥温度的输出。第二电压-数字转换器给出一个表示加压电阻电桥上的电压和电阻电桥的温度的输出。计算电路综合第一电压-数字转换器的输出和第二电压-数字转换器的输出，产生一个经温度校正的所加压力的数字表示。附图说明图1为由本专利技术的电压-数字转换器组成的传感器方框图。图2为应变片压力敏感器和由本专利技术的第一、第二电压-数字转换器组成的敏感器处理器的方框图。图1示出了具有一个本专利技术的电压-数字转换器的传感器10。电压-数字转换器执行一连串测量周期，把一个参数感器的输出转换成一个表示所敏感的参数的传感器输出。在图1所示的实例中，传感器10含有对所加压力P敏感的应变片电路12。应变片电路12包括电阻电桥14和前置放大器16。电阻电桥14包括阻抗对所受压力P敏感的电阻18、20、22和28。电阻18和24间的连接点连到输出电路28中的电源电压Vsupply。电阻电桥14由Vsupply供电，在电阻20和22间的连接点处接到系统“地”30。表示所受压力P的敏感器输出电压电位耦合到前置放大器16的倒相(-)输入端和非倒相(+)输入端。倒相(-)输入端接到电阻22和24的连接点上。非倒相(+)输入端接到电阻18和20的连接点上。前置放大器16提供表示压力P的应变片输出信号VIN，作为传感器一个输入。传感器输入信号VR接到Vsupply，它为传感器10提供了一个基准电压信号。传感器输入信号V0接到电阻20和22的连接点上，与系统地30相连。如上连接的电压输入信号VR、VIN和VO产生表示加到电阻电桥14上的压力P的电压V1和V2。电压V1为VR与VIN之差，而电压V2为VIN与VO之差。传感器10包括开关网络32、存储电路34、电荷积累电路36、控制电路38以及输出电路28。控制电路38包括存储开关控制器40、开关网络控制器42、计算电路44以及定时电路46。定时电路46通过控制存储开关控制器40、开关网络控制器42以及计算电路44的工作控制测量周期。定时电路46还闭合电荷积累电路36和开关控制器40和42之间的反馈回路。计算电路44确定出表示加压电阻电桥14上的压力P的数字值D。传感器输入电压VR、VIN和VO分别加到开关网络32中的开关48、50和52。开关网络则制器42控制开关48、50和52，有选择地将电压VR、VIN或VO加到存储电路34。开关网络控制器42还控制开关54、54A和56、56A，将选出的电压输入加到存储电路34，同时将存储电路34接地30。存储电路34具有一个由电容器C1和C2所产生的存储电容。开关54、54A和56、56A使存储电容具有可选择的值。闭合开关54A和56A选择具有较小电容值的电容器C1。否则，再闭合开关54和56使电容器C1和C2并联，选择较大的电容值。在一个实例中，电容器C1的电容值为C，而电容器C2的电容值为(2N-1)C，其中C为电容量，N为一个定义为C1与C2之比的预定系数。因此，C1和C2并联后的电容值为2NC。在一个测量周期内，开关网络控制器42控制开关网络32内的开关4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来根据一个被敏感的参数提供一个测量输出的测量电路，这种测量电路包括：提供一个具有根据控制信号改变电容值的存储电容的装置；形成一多个具有第一极性的电荷包和多个具有与第一极性相反的第二级性的电荷包的装置，每个所述这些电荷包都由一些 电荷组成，至少在一些电荷包中的电荷量取决于所敏感的参数和电容值；接收电荷包，提供表示所积累的电荷量的积分器输出的装置；控制根据积分器输出而形成的各电荷包的个数使得所积累的电荷趋向平衡的装置；提供改变电容值从而改变该测量电路对所敏 感的参数的灵敏度的控制信号的装置；以及根据所形成的各电荷包的个数提供一个表示所敏感的参数的输出的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰L弗里克，约翰P舒尔特，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]