一种基于动态补偿的模数转换方法与电路技术

本发明专利技术涉及一种基于动态补偿的模数转换方法与电路

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态补偿的模数转换方法与电路


[0001]本专利技术属于电路设计
，具体涉及一种基于动态补偿的模数转换方法与电路
。

技术介绍

[0002]模数转换器
(Analog to Digital Converter,ADC)
是模拟域到数字域的核心，信号在数字域可以通过软件实现处理
、
补偿
。
想要实现高精度测量，信号数字化是当前测量领域发展不可或缺的组成部分
。
[0003]在数字化的发展过程中，对
ADC
的采样速率
、
精度及带宽提出越来越高的要求
。
诚然随着
ADC
发展不断诞生高性能芯片，但其本身始终存在一种量化误差，这种误差是无法避免的，并且影响测量值和实际值，从而产生测量误差，这个误差将会降低
ADC
测量精度
。
在数字转换器领域，通过复合结构提升
DAC
的分辨力
、
精度相对较为容易，而提升
ADC
的分辨力
、
精度非常困难
。
因此，高分辨力
ADC
普遍价格高昂，国内
ADC
产品普遍为
16
位，
24
及以上位数
ADC
基本需要进口
。
故现阶段急需在利用有限分辨力
ADC
器件实现高分辨力
、
高精度转化，因此本专利技术提出一种可行的补偿方法，实现在使用低分辨力的
ADC
器件时，产生高于其本身能力的分辨力和精度
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对的是模数转换器内存在的量化误差，对这个误差值进行补偿，从而提高模数转换器的分辨力和精度
。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种基于动态补偿的模数转换电路，其包含两种技术方案
。
[0006]方案一：包括缓冲器
、
采样保持器
、
数模转换器
、
差分放大器
、
模数转换器和数字控制器
。
[0007]被测信号输入至缓冲器，实现与后级电路阻抗的匹配，所述缓冲器的输出信号分为两路，一路连接至采样保持器的输入端，以保持二次采样过程中信号稳定；另一路通过第二开关连接至模数转换器的输入端，实现一次采样
。
[0008]所述模数转换器与数字控制器相连，在数字控制器的控制下返回转换结果；数字控制器控制数模转换器依据该转换结果输出粗测电压值，以及控制采样保持器进行状态切换
。
[0009]所述采样保持器和数模转换器的输出端分别连接至差分放大器的两个输入端，差分放大器的输出端连接通过第二开关切换后的模数转换器，由模数转换器输出量化误差值，模数转换器还与数字控制器相连，由数字控制器依据所述量化误差值和粗测电压值得到补偿后的电压值
。
[0010]方案二：包括缓冲器
、
采样保持器
、
数模转换器
、
差分放大器
、
第一模数转换器
、
第二模数转换器和数字控制器
。
[0011]被测信号输入至缓冲器，实现与后级电路阻抗的匹配，所述缓冲器的输出信号分为两路，一路连接至采样保持器的输入端，以保持二次采样过程中信号稳定；另一路连接至第一模数转换器的输入端，实现一次采样
。
[0012]所述第一模数转换器与数字控制器相连，在数字控制器的控制下返回转换结果；数字控制器控制数模转换器依据该转换结果输出粗测电压值，以及控制采样保持器进行状态切换
。
[0013]所述采样保持器和数模转换器的输出端分别连接至差分放大器的两个输入端，差分放大器的输出端连接至第二模数转换器，由第二模数转换器输出量化误差值，第二模数转换器还与数字控制器相连，由数字控制器依据所述量化误差值和粗测电压值得到补偿后的电压值
。
[0014]在一种可能的实现方式中，在差分放大器的两个输入端还分别设置有限流器
。
[0015]在一种可能的实现方式中，还包括对差分放大器的输入端起保护作用的保护单元
。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述的保护单元由第一开关和窗口比较器组成，所述窗口比较器用于检测所述差分放大器输出端的模拟信号电平是否处于双限电平之间，当模拟信号电平不在双限电平之间时，第一开关将差分放大器的输入端短路
。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种基于动态补偿的模数转换方法，采用方案一所述模数转换电路时，包括以下步骤：
[0018]步骤1：被测信号输入至缓冲器，采样保持器采集缓冲器的输入信号
V
IN
，经第二开关，由模数转换器获得电压值
V1；
[0019]步骤2：控制采样保持器转换至保持状态，数字控制器根据电压值
V1计算码值
D
10
并发送至数模转换器，刷新输出电压获得电压值
V
10
；
[0020]步骤3：将输入信号
V
IN
和电压值
V
10
输入至差分放大器，第二开关切换输入通道至差分放大器输出端，模数转换器获得电压值
V2；电压值
V2经数字控制器补偿修正后得到电压值
V
20
；
[0021]步骤4：计算补偿后得到的电压值
V
：
[0022][0023]其中
G
是差分放大器增益
。
[0024]采用方案二所述模数转换电路时，包括以下步骤：
[0025]步骤1：被测信号输入至缓冲器，采样保持器采集缓冲器的输入信号
V
IN
，并通过第一模数转换器获得电压值
V1；
[0026]步骤2：控制采样保持器转换至保持状态，数字控制器根据电压值
V1计算码值
D
10
并发送至数模转换器，刷新输出电压获得电压值
V
10
；
[0027]步骤3：将输入信号
V
IN
和电压值
V
10
输入至差分放大器，经第二模数转换器获得电压值
V2；电压值
V2经数字控制器补偿修正后得到电压值
V
20
；
[0028]步骤4：计算补偿后得到的电压值
V
：
[0029][0030]在一种可能的实现方式中，所述电压值
V
10
计算如下：
[0031][0032]其中
V
REF
‑
为数模转换器的负参考电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于动态补偿的模数转换电路，其特征在于，包括缓冲器
、
采样保持器
、
数模转换器
、
差分放大器
、
第一模数转换器
、
第二模数转换器和数字控制器；被测信号输入至缓冲器，实现与后级电路阻抗的匹配，所述缓冲器的输出信号分为两路，一路连接至采样保持器的输入端，以保持二次采样过程中信号稳定；另一路连接至第一模数转换器的输入端，实现一次采样；所述第一模数转换器与数字控制器相连，在数字控制器的控制下返回转换结果；数字控制器控制数模转换器依据该转换结果输出粗测电压值，以及控制采样保持器进行状态切换；所述采样保持器和数模转换器的输出端分别连接至差分放大器的两个输入端，差分放大器的输出端连接至第二模数转换器，由第二模数转换器输出量化误差值，第二模数转换器还与数字控制器相连，由数字控制器依据所述量化误差值和粗测电压值得到补偿后的电压值
。2.
根据权利要求1所述的一种基于动态补偿的模数转换电路，其特征在于，在差分放大器的两个输入端还分别设置有限流器
。3.
根据权利要求1所述的一种基于动态补偿的模数转换电路，其特征在于，还包括对差分放大器的输入端起保护作用的保护单元，所述的保护单元由第一开关和窗口比较器组成，所述窗口比较器用于检测所述差分放大器输出端的模拟信号电平是否处于双限电平之间，当模拟信号电平不在双限电平之间时，第一开关将差分放大器的输入端短路
。4.
根据权利要求1至3中任一项所述的一种基于动态补偿的模数转换电路，其特征在于，还包括第二开关，当存在所述第二开关时，第一模数转换器和第二模数转换器共用同一个模数转换器
。5.
一种基于动态补偿的模数转换方法，采用权利要求1至3中任一项所述的模数转换电路，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：被测信号输入至缓冲器，采样保持器采集缓冲器的输入信号
V
IN
，并通过第一模数转换器获得电压值
V1；步骤2：控制采样保持器转换至保持状态，数字控制器根据电压值
V1计算码值
D
10
并发送至数模转换器，刷新输出电压获得电压值
V
10
；步骤3：将输入信号
V
IN
和电压值
V
10
输入至差分放大器，经第二模数转换器获得电压值
V2；电压值
V2经数字控制器补偿修正后得到量化误差补偿电压值
V
20
；步骤4：计算补偿后得到的电压值
V
：其中
G
是差分放大器增益
...

【专利技术属性】
技术研发人员：富雅琼，眭涛涛，
申请(专利权)人：武汉岸峰电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：