一种量程可调的高精度模数转换器制造技术

一种量程可调的高精度模数转换器，属于模拟集成电路设计领域，包括可配置电平转换单元、电压跟随器、模数转换器和可配置寄存器。其中，可配置电平转换单元可对待检测的电压信号进行预处理，根据配置调整待检测的输入电压，电压跟随器能够增强信号的驱动能力，使进入模数转换器的电压信号更稳定。本发明专利技术具有可提高模数转换器的灵活性，扩展输入信号范围，提升模数转换器精度等诸多优点。模数转换器精度等诸多优点。模数转换器精度等诸多优点。

A high precision analog-to-digital converter with adjustable range

【技术实现步骤摘要】
一种量程可调的高精度模数转换器


[0001]本专利技术涉及一种量程可调的高精度模数转换器，属于模拟集成电路设计


技术介绍

[0002]模数转换器在军用、民用的电子系统中具有重要作用，随着数字信号处理内核的发展，对与之相关的模数转换器的需求越来越多。若单个模数转换器具有量程可调的功能，能够有更大的检测范围，那么就可以用一个模数转换器代替多个模数转换器，从而降低系统功耗，提高集成度。
[0003]针对扩展模数转换量程这一思路，目前多采用参考电压自适应调整的结构。通过在高输入电压下采用高参考电压，在低输入电压下采用低参考电压，从而调整模数转换器的检测范围，但此类方法只从参考电压的角度改变模数转换器的量程，灵活性不足，因此应用范围受到了限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种量程可调的高精度模数转换器，通过在模数转换器之前增加一个可配置电平转换单元和一个电压跟随器，就能够通过配置灵活调整模数转换器量程。该结构的电路实现简单，所引入的额外功耗低，在维持原有模数转换器性能的基础上实现了量程可调的功能。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：一种量程可调的高精度模数转换器，包括可配置电平转换单元、电压跟随器、模数转换器和可配置寄存器；
[0006]所述可配置电平转换单元根据可配置寄存器输出的多位宽数字码<B:0>进行配置，对输入电压信号Vin进行相应的电平转换，并将处理后的电压信号V1送至电压跟随器的输入端；
[0007]所述电压跟随器根据可配置电平转换单元送来的电压信号V1，输出电压信号V2送至模数转换器，保证模数转换器能够接收到一个驱动能力足够的电压信号；
[0008]所述模数转换器对电压跟随器的输出电压信号V2进行模数转换，得到与模拟电压信号V2相匹配的多位宽数字码<A:0>；
[0009]所述可配置寄存器由外部串口或SPI串口进行数据配置，产生多位宽数据<B:0>输入到可配置电平转换单元，为可配置电平转换单元提供配置信息。
[0010]进一步地，所述可配置电平转换单元包括电平放大电路、电平衰减电路、第一开关S1、第二开关S2以及第三开关S3；
[0011]所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3在同一时刻有且仅有一个开关处于闭合状态，其它两个开关处于打开状态；当第一开关S1闭合时，输入电压信号Vin经过电平放大电路处理后发送给电压跟随器；当第二开关S2闭合时，输入电压信号Vin经过电平衰减电路处理后发送给电压跟随器；当第三开关S3闭合时，输入电压信号Vin直接发送给电压跟随
器；电平放大电路对输入电压信号Vin进行放大处理；电平衰减电路对输入电压信号Vin进行衰减处理。
[0012]进一步地，所述电平放大电路包括运算放大器、个电阻和n个开关；电平放大电路的连接方式为待检测的输入电压信号Vin接运算放大器输入正端；R11一端接运算放大器的负端，另一端接地；R21一端接运算放大器的负端，另一端接S11的一端；R22一端接运算放大器的负端，另一端接S12的一端；R23一端接运算放大器的负端，另一端接S13的一端；以此类推，最后R2n一端接运算放大器的负端，另一端接S1n的一端；S11、S12、S13、一直到S1n的另一端统一接V1。
[0013]进一步地，所述个电阻均为阻值相等的电阻。
[0014]进一步地，通过控制开关S11、S12、S13
…
、S1n闭合的个数配置电平放大电路的电压放大倍数。
[0015]进一步地，所述电平衰减电路包括运算放大器、个电阻和n个开关；
[0016]待检测的输入电压信号Vin接运算放大器输入正端，运算放大器的负端与其输出VO1相连；R31一端接运算放大器的输出端，另一端一路接R41的一端，另一路接S21的一端；R41的另一端一路接S22的一端，另一路接R42的一端；R42的另一端一路接S23的一端，另一路接R43的一端，以此类推，最后R4n一端一路接R4的一端，另一路接S2n的一端，R4n另一端接地；S21、S22、S23、一直到S2n的另一端全部接V1。
[0017]进一步地，所述个电阻均为阻值相等的电阻。
[0018]进一步地，通过控制开关S21、S22、S23
…
、S2n，将待检测信号Vin衰减为原来的1/(n+1)、2/(n+1)、3/(n+1)
…
、n/(n+1)等不同比例，控制开关的配置信息由可配置寄存器提供；通过适当选取电阻的个数n，即可调整电平衰减电路中衰减档位的个数。
[0019]进一步地，所述电压跟随器接收到电压信号V1后，输出一个电压大小相等，驱动能力更强的电压信号V2，保证进入模数转换器的电压信号有足够的驱动能力。
[0020]根据所述的模数转换器实现的模数转换方法，包括：
[0021]可配置电平转换单元接收到待检测的电压信号Vin；可配置电平转换单元具体采用何种配置由后级的模数转换器量程和待检测电压信号Vin的实际幅度共同决定，当待检测的电压信号Vin的幅度小于后级模数转换器模块的量程时，可配置电平转换单元中第一开关S1闭合，第二开关S2以及第三开关S3打开，待检测的电压信号Vin经过电平放大电路，将电压信号的幅值放大至模数转换器的满量程附近；当待检测的电压信号Vin的幅度大于后级模数转换器模块的量程时，可配置电平转换单元中第二开关S2闭合，第一开关S1以及第三开关S3打开，待检测的电压信号Vin经过电平衰减电路，将电压信号的幅值衰减至模数转换器的满量程附近；当待检测的电压信号Vin的幅度等于或略小于后级模数转换器模块的量程时，可配置电平转换单元中第三开关S3闭合，第一开关S1以及第二开关S2打开，待检测的电压信号Vin不经过处理，直接送进电压跟随器后进入模数转换器；经过可配置电平转换单元预处理后，产生电压信号V1输入进电压跟随器，电压跟随器接收到预处理后的电压信号V1后，输出电压信号V2送入模数转换器，模数转换器输出多位宽数字码<A:0>，从而完成模数转换功能。
[0022]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0023](1)在模数转换器前插入可配置电平转换单元和电压跟随器，不影响原有模数转
换器的工作状态。
[0024](2)采用可配置电平转换单元对待检测的电压信号进行预处理，可通过可配置寄存器手动配置待检测电压信号的处理方式，灵活性高于参考电压自适应的模数转换器。
[0025](3)基于量程可调的高精度模数转换器，结构简单，额外引入的电路规模小，非常适合集成度高、功耗低、检测范围大的高精度模数转换器应用领域。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的量程可调的高精度模数转换器总体框图；
[0027]图2是本专利技术的电平放大电路的一个实施例示意图；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量程可调的高精度模数转换器，其特征在于：包括可配置电平转换单元(10)、电压跟随器(21)、模数转换器(22)和可配置寄存器(23)；所述可配置电平转换单元(10)根据可配置寄存器(23)输出的多位宽数字码<B:0>进行配置，对输入电压信号Vin进行相应的电平转换，并将处理后的电压信号V1送至电压跟随器(21)的输入端；所述电压跟随器(21)根据可配置电平转换单元(10)送来的电压信号V1，输出电压信号V2送至模数转换器(22)，保证模数转换器(22)能够接收到一个驱动能力足够的电压信号；所述模数转换器(22)对电压跟随器的输出电压信号V2进行模数转换，得到与模拟电压信号V2相匹配的多位宽数字码<A:0>；所述可配置寄存器(23)由外部串口或SPI串口进行数据配置，产生多位宽数据<B:0>输入到可配置电平转换单元(10)，为可配置电平转换单元(10)提供配置信息。2.根据权利要求1所述的一种量程可调的高精度模数转换器，其特征在于：所述可配置电平转换单元(10)包括电平放大电路(11)、电平衰减电路(12)、第一开关S1、第二开关S2以及第三开关S3；所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3在同一时刻有且仅有一个开关处于闭合状态，其它两个开关处于打开状态；当第一开关S1闭合时，输入电压信号Vin经过电平放大电路(11)处理后发送给电压跟随器(21)；当第二开关S2闭合时，输入电压信号Vin经过电平衰减电路(12)处理后发送给电压跟随器(21)；当第三开关S3闭合时，输入电压信号Vin直接发送给电压跟随器(21)；电平放大电路(11)对输入电压信号Vin进行放大处理；电平衰减电路(12)对输入电压信号Vin进行衰减处理。3.根据权利要求2所述的一种量程可调的高精度模数转换器，其特征在于：所述电平放大电路(11)包括运算放大器、(n+1)个电阻和n个开关；电平放大电路的连接方式为待检测的输入电压信号Vin接运算放大器输入正端；R11一端接运算放大器的负端，另一端接地；R21一端接运算放大器的负端，另一端接S11的一端；R22一端接运算放大器的负端，另一端接S12的一端；R23一端接运算放大器的负端，另一端接S13的一端；以此类推，最后R2n一端接运算放大器的负端，另一端接S1 n的一端；S11、S12、S13、一直到S1 n的另一端统一接V1。4.根据权利要求3所述的一种量程可调的高精度模数转换器，其特征在于：所述(n+1)个电阻均为阻值相等的电阻。5.根据权利要求3所述的一种量程可调的高精度模数转换器，其特征在于：通过控制开关S11、S12、S13
…
、S1 n闭合的个数配置电平放大电路的电压放大倍数。6.根据权利要求2所述的一种量程可调的高精度模数转换器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：段昊阳，陈雷，张超轩，王盟皓，张乃康，陈家豪，陈雄飞，马志远，陈蕊，佟颖，侯训平，文武，权海洋，
申请(专利权)人：北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：