【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电路数据处理领域，更具体地说，涉及一种数字多路复用模数转换器及校准方法。
技术介绍
1、局部放电是电力设备中常见的故障形式，是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的重要原因，也是绝缘劣化的重要标征。电力设备绝缘在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电，这种放电以仅造成导体间的绝缘局部短（路桥）接而不形成导电通道为限。为避免局部放电可能导致设备损坏和事故发生，及早发现和处理局部放电现象对于电力设备的安全和可靠运行至关重要。
2、模数转换器是指将连续变量的模拟信号转换为离散变量的数字信号的器件，其能够采集处理电力设备发生局部放电时所产生的放电信号，实时监测电力设备中的放电情况，进而确保局部放电故障能够及时被察觉和处理。但是随着电力设备的数量增多以及电网结构复杂化，传统单一结构的模数转换器已经不能满足市场的需求。
3、一方面其对放电信号的采集和处理单一，面对复杂电路环境或数量繁多的电力设备不能为实现对放电信号进行实时监测，确保问题能够及时被察觉和处理。另一方面随着模数转换器精度要求的不断提高，由于工艺、电容总数的指数倍增等因素的影响，导致电容阵列也存在非理想特性，引起电容的失配误差，从而模数转换器精度受电容失配以及各个电路模块噪声的限制，传统模数转换器不具备校调功能。
4、基于此，本申请提供了一种数字多路复用模数转换器及校准方法，能够有效适用复杂环境下对电力设备局部放电信号的检测，且能够在不同环境条件下保持较稳定的性能。
技术实现思路
1、有鉴于
2、一种数字多路复用模数转换器，由校准数模转换器、多通道数字多路复用架构以及逐次逼近型模数转换器sar adc构成；
3、所述多通道数字多路复用架构包括多个前端放大通道和数字多路复用电路，其中所述数字多路复用电路连接所述校准数模转换器，每个所述前端放大电路通道输出的模拟信号通过所述数字多路复用电路复用到所述逐次逼近型模数转换器sar adc中；
4、所述校准数模转换器为具有电容校准电路的全差分形式的分段电容阵列dac。
5、可选的，所述数字多路复用电路包括数字多路选择器，以及与所述前端放大电路通道数量一致的s/h电路和比较器；
6、所述数字多路复用电路中配备有与每一所述前端放大电路通道对应互相独立的s/h电路和比较器，且所有所述比较器共享所述校准数模转换器，每个比较器的输出结果通过所述数字多路选择器复用到逐次逼近型模数转换器sar adc中。
7、可选的，所述校准数模转换器采用桥式电容cb分段，所述桥式电容cb设置在dac阵列的中间，以将所述校准数模转换器分成lsb段阵列和msb段阵列两部分。
8、可选的，所述桥式电容包括lsb段的顶板对地电容cp1、msb段的底板对地电容cp3以及分数电容cp2。
9、可选的，所述lsb段阵列对所述桥式电容cb的有效电容贡献量ceff的计算公式为：
10、
11、其中，clsb为lsb段阵列总电容，cp1为lsb段的顶板对地电容。
12、可选的，所述桥式电容cb的理想值为31c0/30，其中c0为所述lsb段阵列和所述msb段阵列的单位电容。
13、可选的，所述前端放大电路通道中包括放大器amp和缓冲区。
14、一种数字多路复用模数转换器的校准方法，方法包括：
15、在所述lsb段阵列中设置一个线性可调阵列，并计算设置后所述lsb段阵列对所述桥式电容cb的校准有效电容贡献量；
16、通过调整线性可调阵列直至所述校准有效电容贡献量与所述msb段阵列中的最低位电容一致时校准完成。
17、可选的，校准完成后所述msb段阵列中每一比特的有效权重为：
18、
19、其中，ci为msb段阵列中第i个比特对应的电容，vref为参考电压，cmsb为msb段阵列总电容，c0为所述lsb段阵列和所述msb段阵列的单位电容，cp3为msb段的底板对地电容。
20、可选的，校准完成后所述lsb段阵列中每一比特的有效权重为：
21、
22、其中，cj为lsb段阵列中第j个比特对应的电容，vref为参考电压，cmsb为msb段阵列总电容，clsb为lsb段阵列总电容，c0为所述lsb段阵列和所述msb段阵列的单位电容，cp3为msb段的底板对地电容，cp1为lsb段的顶板对地电容，cv为线性可调阵列的总电容。
23、从上述的技术方案可以看出，本申请实施例提供的一种数字多路复用模数转换器及校准方法，数字多路复用模数转换器由校准数模转换器、多通道数字多路复用架构以及逐次逼近型模数转换器sar adc构成。其中，所述多通道数字多路复用架构包括多个前端放大通道和数字多路复用电路，所述数字多路复用电路连接所述校准数模转换器，每个所述前端放大电路通道输出的模拟信号通过所述数字多路复用电路复用到所述逐次逼近型模数转换器sar adc中。逐次逼近型模数转换器sar adc具有较高的分辨率和灵敏度，非常适合用于电力设备局部放电信号的检测。多通道数字多路复用架构可将每个前端放大电路通道输出的模拟信号复用到逐次逼近型模数转换器sar adc，轻松支持大量通道的同时节约adc数量，降低芯片成本，有效地为信号提供了更大的稳定窗口。
24、本申请的数字多路复用模数转换器通过逐步逼近的方式对模拟信号进行量化和转换，结合多通道数字多路复用架构可以同时采集和处理多个通道的放电信号，实时监测电力设备中的多个位置或部位的放电情况，提高局部放电信号检测性能和可靠性。
25、此外，所述校准数模转换器为具有电容校准电路的全差分形式的分段电容阵列dac。电容校准电路用于校准adc中的电容值，以确保其精确度和稳定性。本申请通过校准数模转换器中的电容校准电路实现自校准功能，能够在不同环境条件下保持较稳定的性能。
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1.一种数字多路复用模数转换器，其特征在于，由校准数模转换器、多通道数字多路复用架构以及逐次逼近型模数转换器SAR ADC构成；
2.根据权利要求1所述的数字多路复用模数转换器，其特征在于，所述数字多路复用电路包括数字多路选择器，以及与所述前端放大电路通道数量一致的S/H电路和比较器；
3.根据权利要求1所述的数字多路复用模数转换器，其特征在于，所述校准数模转换器采用桥式电容CB分段，所述桥式电容CB设置在DAC阵列的中间，以将所述校准数模转换器分成LSB段阵列和MSB段阵列两部分。
4.根据权利要求3所述的数字多路复用模数转换器，其特征在于，所述桥式电容包括LSB段的顶板对地电容CP1、MSB段的底板对地电容CP3以及分数电容CP2。
5.根据权利要求4所述的数字多路复用模数转换器，其特征在于，所述LSB段阵列对所述桥式电容CB的有效电容贡献量CEFF的计算公式为：
6.根据权利要求3所述的数字多路复用模数转换器，其特征在于，所述桥式电容CB的理想值为31C0/30，其中C0为所述LSB段阵列和所述MSB段阵列的单位电
7.根据权利要求2所述的数字多路复用模数转换器，其特征在于，所述前端放大电路通道中包括放大器AMP和缓冲区。
8.一种数字多路复用模数转换器的校准方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7中任一项所述的数字多路复用模数转换器，方法包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，校准完成后所述MSB段阵列中每一比特的有效权重为：
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，校准完成后所述LSB段阵列中每一比特的有效权重为：
...【技术特征摘要】
1.一种数字多路复用模数转换器，其特征在于，由校准数模转换器、多通道数字多路复用架构以及逐次逼近型模数转换器sar adc构成；
2.根据权利要求1所述的数字多路复用模数转换器，其特征在于，所述数字多路复用电路包括数字多路选择器，以及与所述前端放大电路通道数量一致的s/h电路和比较器；
3.根据权利要求1所述的数字多路复用模数转换器，其特征在于，所述校准数模转换器采用桥式电容cb分段，所述桥式电容cb设置在dac阵列的中间，以将所述校准数模转换器分成lsb段阵列和msb段阵列两部分。
4.根据权利要求3所述的数字多路复用模数转换器，其特征在于，所述桥式电容包括lsb段的顶板对地电容cp1、msb段的底板对地电容cp3以及分数电容cp2。
5.根据权利要求4所述的数字多路复用模数转...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔令明，陈义龙，洪海程，王勇，陈俊，朱璐，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：
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