一种积分型模数转换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种积分型模数转换器，它包括依次连接的积分器、比较器和降采样滤波器，还包括一逻辑控制电路、一输入采样电路和一反馈采样电路，所述逻辑控制电路的输入端一方面与所述比较器的输出端连接，另一方面通过一非门与所述比较器的输出端连接，并接收外部输入的第一输入控制信号和第二输入控制信号，输出用于控制所述反馈采样电路的第一反馈控制信号和第二反馈控制信号。本实用新型专利技术通过增设逻辑控制电路以控制各采样开关在一个采样周期内交替开闭，从而降低了输入信号与反馈信号的采样速率比，并最终使得过载导致的信噪比有效下降，改善了现有技术中缩小输入电容与反馈电容比例的方法所存在的缺陷。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电能计量领域，尤其涉及一种用于电能计量芯片的模拟电路模块中的积分型模数转换器。
技术介绍
众所周知，积分型模数转换器(即∑ΔA/D转换器)一般采用过采样技术、噪声整形技术和数字滤波技术，通过将大量的噪声能量推向信号基带外的高频处，再利用数字滤波器滤除带外噪声，从而获得非常高的精度，然而，也正由于采用了较高的过采样，一定程度上限制了信号的带宽，因此∑ΔA/D转换器主要应用于低速、高精度领域，尤其是在低带宽要求，而需要高精度的电表设计中，有着广泛的运用。在现有技术中，以简单的一阶∑ΔA/D转换器为例，其结构框图如图1所示，它包括模拟调制器1’和降采样滤波器2’，且模拟调制器1’包括采样保持电路11’、加法器12’、积分器13’、比较器14’和数模转换器15’，其中，模拟调制器1’是整个电路中最重要的部分，因为它决定了整个∑ΔA/D转换器所能达到的最高分辨率和转换速度；具体地说，当输入给积分器13’的模拟电压接近经数模转换器15’反馈的正基准电压信号Vref+或者负基准电压信号Vref-时，噪声能级迅速上升。当输入过载发生时，噪声迅速增加，在较长的时钟周期内，模拟调制器1’输出的结果保持在同一个状态下，因此需要一个更长的时钟周期来稳定积分器13’的输出以获得精确的输出。然而实际上，在高阶的模拟调制器系统中，即包含有多个积分器的情况下，模拟调制器系统不稳定的风险增加，信号输入的范围缩小。将积分器增益缩小是个降低由于输入过载导致的模拟调制器系统不稳定的办法，积分器增益缩小的方法实质是调整积分器输入电容与反馈电容的比例，导致从反馈电容传输到输入电容的电荷有效增加，具体地说：根据电荷平衡方程：RCinVin+m(-CrefVref)+(1-m)(CrefVref)＝0    (1)公式(1)中，R：输入信号采样频率与基准采样率的比值；Cin：输入电容；Vin：输入信号；m：足够大的输出数据流中，输出为高的密度；Vref：基准电压；Cref：反馈电容；公式(1)经推导后得：m＝(1+R)(Cin/Cref)(Vin/Vref)    (2)由公式(2)可见：信噪比Gain=dmdVin=R(Cin/Cref)Vref---(3)]]>-->由公式(3)可以看到，通过调整输入电容Cin与反馈电容Cref的比例，可以减小信噪比Gain的值，从而有效地降低了输入过载的风险，提高了输入信号的范围。但是这种方法实际上，是通过减小输入电容，使得输入电容与反馈电容的比例降低，即在相加节点上，来自于输入信号的份额减小，来自于反馈信号的份额增加，由于输入的信号在积分器输入端被削弱，从而降低了整个∑ΔA/D转换器的动态范围。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足，本技术旨在提供一种改良的积分型模数转换器，以实现提高输入信号的输入范围，优化由于输入过载导致的系统不稳定情况的目的。本技术所述的一种积分型模数转换器，包括依次连接的积分器、比较器和降采样滤波器，所述的转换器还包括一逻辑控制电路、一输入采样电路和一反馈采样电路，所述逻辑控制电路的输入端一方面与所述比较器的输出端连接，另一方面通过一非门与所述比较器的输出端连接，并接收外部输入的第一输入控制信号和第二输入控制信号，输出用于控制所述反馈采样电路的第一反馈控制信号和第二反馈控制信号；所述输入采样电路包括依次串联的第一输入采样开关和第二输入采样开关以及依次串联的第三输入采样开关与第四输入采样开关，该第二输入采样开关的输出端连接在所述积分器的反相输入端，第四输入采样开关的输出端连接在所述积分器的同相输入端，且所述第一输入采样开关的输出端与第三输入采样开关的输入端之间连接有第五输入采样开关，该第一输入采样开关的输入端与第三输入采样开关的输出端之间连接有第七输入采样开关，所述第一输入采样开关和第三输入采样开关的输出端还分别通过第六输入采样开关和第八输入采样开关接地；所述反馈采样电路包括依次串联的第一反馈采样开关和第二反馈采样开关以及依次串联的第三反馈采样开关和第四反馈采样开关，该第二反馈采样开关的输出端连接在所述积分器的同相输入端，第四反馈采样开关的输出端连接在所述积分器的反相输入端，且所述第一反馈采样开关的输出端和第三反馈采样开关输入端之间连接有第五反馈采样开关，该第一反馈采样开关的输入端和第三反馈采样开关输出端之间连接有第七反馈采样开关，所述第二反馈采样开关的输入端和第四反馈采样开关输出端之间连接有第六反馈采样开关，该第二反馈采样开关的输出端和第四反馈采样开关输入端之间连接有第八反馈采样开关。在上述的积分型模数转换器中，所述第二、第四、第五、第七输入采样开关以及第一、第三反馈采样开关接收所述第一输入控制信号，所述第一、第三、第六、第八输入采样开关以及第五、第七反馈采样开关接收所述第二输入控制信号，所述第六、第八反馈采样开关接收所述第一反馈控制信号，所述第二、第四反馈采样开关接收所述第二反馈控制信号。在上述的积分型模数转换器中，所述的第一输入采样开关和第二输入采样开关之间串联第一输入电容，所述第三输入采样开关和第四输入采样开关之间串联第二输入电容，所述第一反馈采样开关和第二反馈采样开关之间串联第一反馈电容，所述第三反馈采样开关和第四反馈采样开关之间串联第二反馈电容。由于采用了上述的技术解决方案，本技术通过增设逻辑控制电路以控制各采-->样开关在一个采样周期内交替开闭，使得输入电压信号在一个采用周期内进行一次采样，而反馈的基准电压信号在一采样周期采样两次，从而降低了输入信号与反馈信号的采样速率比，并最终使得过载导致的信噪比有效下降，改善了现有技术中缩小输入电容与反馈电容比例的方法所存在的缺陷。附图说明图1是现有技术中一阶∑ΔA/D转换器的结构框图；图2是本技术的积分型模数转换器的结构示意图；图3是本技术积分型模数转换器中的输入控制信号的时序图；图4是本技术积分型模数转换器中的反馈控制信号的时序图；图5是本技术积分型模数转换器在一个采样周期内的时间段1时的等效结构示意图；图6是本技术积分型模数转换器在一个采样周期内的时间段2时的等效结构示意图。具体实施方式下面结合附图，对本技术的具体实施例进行详细说明。如图2所示，本技术，即一种积分型模数转换器，它包括输入采样电路1、反馈采样电路2、积分器3、比较器4、降采样滤波器5和逻辑控制电路6，其中，逻辑控制电路6的输入端一方面直接与比较器4的输出端连接，接收数据信号Y1，另一方面通过一非门7与比较器4的输出端连接，接收反相数据信号Y2，同时还接收外部输入的第一输入控制信号T1和第二输入控制信号T2，输出用于控制反馈采样电路2的第一反馈控制信号T1·Y1+T2·Y2和第二反馈控制信号T2·Y1+T1·Y2；输入采样电路1包括依次串联的第一输入采样开关S11、第一输入电容Cin1和第二输入采样开关S12以及依次串联的第三输入采样开关S13、第二输入电容Cin2和第四输入采样开关S14；其中，第一输入采样开关S11的输入端接收正输入电压信号Vin+，第二输入采样开关S12的输出端与积分器3的反相输入端连接；第三输入采样开关S13的输入端接收负输入电压信号Vin-，第四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种积分型模数转换器，它包括依次连接的积分器、比较器和降采样滤波器，其特征在于，所述的转换器还包括一逻辑控制电路、一输入采样电路和一反馈采样电路，所述逻辑控制电路的输入端一方面与所述比较器的输出端连接，另一方面通过一非门与所述比较器的输出端连接，并接收外部输入的第一输入控制信号和第二输入控制信号，输出用于控制所述反馈采样电路的第一反馈控制信号和第二反馈控制信号；所述输入采样电路包括依次串联的第一输入采样开关和第二输入采样开关以及依次串联的第三输入采样开关与第四输入采样开关，该第二输入采样开关的输出端连接在所述积分器的反相输入端，第四输入采样开关的输出端连接在所述积分器的同相输入端，且所述第一输入采样开关的输出端与第三输入采样开关的输入端之间连接有第五输入采样开关，该第一输入采样开关的输入端与第三输入采样开关的输出端之间连接有第七输入采样开关，所述第一输入采样开关和第三输入采样开关的输出端还分别通过第六输入采样开关和第八输入采样开关接地；所述反馈采样电路包括依次串联的第一反馈采样开关和第二反馈采样开关以及依次串联的第三反馈采样开关和第四反馈采样开关，该第二反馈采样开关的输出端连接在所述积分器的同相输入端，第四反馈采样开关的输出端连接在所述积分器的反相输入端，且所述第一反馈采样开关的输出端和第三反馈采样开关输入端之间连接有第五反馈采样开关，该第一反馈采样开关的输入端和第三反馈采样开关输出端之间连接有第七反馈采样开关，所述第二反馈采样开关的输入端和第四反馈采样开关输出端之间连接有第六反馈采样开关，该第二反馈采样开关的输出端和第四反馈采样开关输入端之间连接有第八反馈采样开关。...

【技术特征摘要】
1.一种积分型模数转换器，它包括依次连接的积分器、比较器和降采样滤波器，其特征在于，所述的转换器还包括一逻辑控制电路、一输入采样电路和一反馈采样电路，所述逻辑控制电路的输入端一方面与所述比较器的输出端连接，另一方面通过一非门与所述比较器的输出端连接，并接收外部输入的第一输入控制信号和第二输入控制信号，输出用于控制所述反馈采样电路的第一反馈控制信号和第二反馈控制信号；所述输入采样电路包括依次串联的第一输入采样开关和第二输入采样开关以及依次串联的第三输入采样开关与第四输入采样开关，该第二输入采样开关的输出端连接在所述积分器的反相输入端，第四输入采样开关的输出端连接在所述积分器的同相输入端，且所述第一输入采样开关的输出端与第三输入采样开关的输入端之间连接有第五输入采样开关，该第一输入采样开关的输入端与第三输入采样开关的输出端之间连接有第七输入采样开关，所述第一输入采样开关和第三输入采样开关的输出端还分别通过第六输入采样开关和第八输入采样开关接地；所述反馈采样电路包括依次串联的第一反馈采样开关和第二反馈采样开关以及依次串联的第三反馈采样开关和第四反馈采样开关，该第二反馈采样开关的输出端连接在所述积分器的同相输...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志浩，
申请(专利权)人：上海贝岭股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]