一种超高分辨率的模数转换器制造技术

本申请提供一种超高分辨率的模数转换器，包括二阶Delta

【技术实现步骤摘要】
一种超高分辨率的模数转换器


[0001]本说明书一个或多个实施例涉及高分辨率仪器仪表
，尤其涉及一种超高分辨率的模数转换器。

技术介绍

[0002]随着电子技术的发展，模数转换器的分辨率和动态响应范围均有所提高，当前一些公司生产的模数转换器，有效位最多达到23.5位，动态范围小于 144dB。然而，在一些高精密仪器测量领域，往往要求更大的动态范围，例如，用于采集地震观测数据的地震数据采集器，需要测量的地震观测仪器的输出信号的动态范围在150dB以上，现有的模数转换器尚难以满足这样的需求。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种超高分辨率的模数转换器，能够得到超高分辨率、大动态范围的输出信号。
[0004]基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了超高分辨率的模数转换器，包括二阶Delta
‑
Sigma调制解调单元和数字滤波单元；
[0005]所述二阶Delta
‑
Sigma调制解调单元包括信号整理电路、第一级积分器电路、第二级积分器电路、模数转换单元、第一数模转换单元、第二数模转换单元和处理单元；
[0006]差分模拟信号输入所述信号整理电路，所述信号整理电路的差分输出端与所述第一级积分器电路的差分反向输入端相连接，所述第一级积分器电路的输出端与所述第二级积分器电路的差分反向输入端相连接，所述第二级积分器电路的差分输出端与所述模数转换单元的差分输入端相连接，所述模数转换单元的输出端与所述处理单元的信号输入端相连接，所述处理单元的一路信号输出端经反相器与所述第一数模转换单元的输入端相连接，所述第一数模转换单元的差分输出端与所述第一级积分器的差分反向输入端相连接，所述处理单元的另一路信号输出端与所述第二数模转换单元的输入端相连接，所述第二数模转换单元的差分输出端与所述第二级积分器的差分反向输入端相连接，所述处理单元的数字信号输出端与所述数字滤波单元的输入端相连接，所述数字滤波单元对输入的数字信号进行滤波处理后输出转换后的数字信号。
[0007]可选的，所述处理单元对接收的数字信号进行初级滤波处理，将初级滤波处理后的数字信号传输至所述数字滤波单元。
[0008]可选的，所述信号整理电路包括两个运算放大器，所述差分模拟信号分别通过电阻R1与两个运算放大器的正向输入端相连接，两个运算放大器的反向输入端分别经电阻4R接地，两个运算放大器的反向输入端分别经电阻 2R与运算放大器的输出端相连接，两个运算放大器的两个输出端形成差分输出端，与所述第一级积分器电路的差分输入端相连接。
[0009]可选的，所述信号整理电路的差分输入端设置TVS保护电路。
[0010]可选的，所述第一级积分器电路包括两个运算放大器U3、U4，所述信号整理电路的
差分输出端分别经电阻3R与两个运算放大器U3、U4的反向输入端相连接，两个运算放大器U3、U4的正向输入端分别经电阻R2接地，所述第一数模转换单元的差分信号输出端分别通过电阻2R与两个运算放大器U3、U4的反相输入端相连接，两个运算放大器U3、U4的输出端分别经电容与两个运算放大器U3、U4的反向输入端相连接；
[0011]所述第二级积分器电路包括两个运算放大器U5、U6，两个运算放大器 U3、U4的输出端分别经电阻2R与两个运算放大器U5、U6的反向输入端相连接，两个运算放大器U5、U6的正向输入端分别经电阻R3接地，所述第二数模转换单元的差分信号输出端分别通过电阻2R与两个运算放大器U5、 U6的反相输入端相连接，两个运算放大器U5、U6的输出端分别经电容与两个运算放大器U5、U6的反向输入端相连接；两个运算放大器U5、U6的输出端形成差分输出端与所述模数转换单元的输入端相连接。
[0012]可选的，所述模数转换单元采用16位ADC芯片；所述第一数模转换单元、所述第二数模转换单元分别由两片16位DAC芯片并联而成，四片16位 DAC芯片型号相同。
[0013]可选的，利用预设的校准参数对所述第一数模转换单元和第二数模转换单元的输出信号进行校准，将校准后的信号分别输入所述第一级积分器电路和第二级积分器电路。
[0014]可选的，确定所述校准参数的方法是，将DAC芯片的输出电压范围按照预定的电压间隔划分为多个电压区间，对于每个电压区间，通过输入不同的数字信号，并测量对应输出的模拟电压信号，按照输入的数字信号与输出的模拟电压信号之间的关系，进行拟合处理，得到该电压区间对应的校准系数和校准偏移量；
[0015]所述输入的数字信号D与输出的模拟电压信号Vout之间的关系为：
[0016]Vout＝k
×
D
×
VR/2N+b
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]其中，VR为输入DAC芯片的参考电压，N为DAC芯片的位数，k为校准系数，b为校准偏移量。
[0018]可选的，所述数字滤波单元配置多级滤波器，多级滤波器用于输出可变采样率的数字信号。
[0019]可选的，所述多级滤波器包括一级滤波器和二级滤波器，所述一级滤波器为一级线性相位滤波器，所述二级滤波器包括二级线性相位滤波器和二级最小相位滤波器，所述处理单元输出的数字信号经所述一级线性相位滤波器进行滤波处理后，分别经二级线性相位滤波器和二级最小相位滤波器进行滤波处理后，得到线性相位数字信号和最小相位数字信号。
[0020]从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的超高分辨率的模数转换器，由二级积分器电路、多位数模转换单元和模数转换单元等分立电子元件搭建二阶Delta
‑
Sigma调制解调单元，采用多位数模转换单元和模数转换单元实现多比特量化和多比特反馈，有效降低量化噪声和电路噪声，提高信噪比，反馈回路采用并联结构的多位DAC芯片，能够降低非线性引入的噪声影响，二阶Delta
‑
Sigma调制解调单元输出的数字信号经数字滤波单元进行抽取滤波后，可输出超高分辨率、大动态范围的数字信号。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本说明书一个或多个实施例的模数转换器的结构框图；
[0023]图2为本说明书一个或多个实施例的二阶Delta
‑
Sigma调制解调单元的结构框图；
[0024]图3为本说明书一个或多个实施例的信号整理电路的结构示意图；
[0025]图4为本说明书一个或多个实施例的二级积分器电路的结构示意图；
[0026]图5为本说明书一个或多个实施例的数字滤波单元的结构示意图。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高分辨率的模数转换器，其特征在于，包括二阶Delta
‑
Sigma调制解调单元和数字滤波单元；所述二阶Delta
‑
Sigma调制解调单元包括信号整理电路、第一级积分器电路、第二级积分器电路、模数转换单元、第一数模转换单元、第二数模转换单元和处理单元；差分模拟信号输入所述信号整理电路，所述信号整理电路的差分输出端与所述第一级积分器电路的差分反向输入端相连接，所述第一级积分器电路的输出端与所述第二级积分器电路的差分反向输入端相连接，所述第二级积分器电路的差分输出端与所述模数转换单元的差分输入端相连接，所述模数转换单元的输出端与所述处理单元的信号输入端相连接，所述处理单元的一路信号输出端经反相器与所述第一数模转换单元的输入端相连接，所述第一数模转换单元的差分输出端与所述第一级积分器的差分反向输入端相连接，所述处理单元的另一路信号输出端与所述第二数模转换单元的输入端相连接，所述第二数模转换单元的差分输出端与所述第二级积分器的差分反向输入端相连接，所述处理单元的数字信号输出端与所述数字滤波单元的输入端相连接，所述数字滤波单元对输入的数字信号进行滤波处理后输出转换后的数字信号。2.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述处理单元对接收的数字信号进行初级滤波处理，将初级滤波处理后的数字信号传输至所述数字滤波单元。3.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述信号整理电路包括两个运算放大器，所述差分模拟信号分别通过电阻R1与两个运算放大器的正向输入端相连接，两个运算放大器的反向输入端分别经电阻4R接地，两个运算放大器的反向输入端分别经电阻2R与运算放大器的输出端相连接，两个运算放大器的两个输出端形成差分输出端，与所述第一级积分器电路的差分输入端相连接。4.根据权利要求3所述的模数转换器，其特征在于，所述信号整理电路的差分输入端设置TVS保护电路。5.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述第一级积分器电路包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江，薛兵，
申请(专利权)人：中国地震局地震预测研究所，
类型：新型
国别省市：