高分辨率和宽动态范围的积分仪制造技术

积分仪是用于调整接收到的模拟信号的电子部件，例如先前是模拟-数 字转换器。为了要抑制噪声效应，它包括量子化噪声，积分仪和模拟-数字 转换器要求宽动态范围，高增益和良好的分辨率。现有的积分仪，以前的模 拟-数字转换器不能有效地满足这些要求。公开了一种新型的相位范畴积分 仪，它能有效地满足这些要求，并在应用范围广泛性方面优于现有的积分仪。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及传感器装置领域，特别涉及一种积分仪方法和装置。
技术介绍
这个积分函数即积分，是在技术中广为人知的数学函数。简单地说，积 分是一个数学的对象，可以认为这个对象是一个面积或是广义性的面积。如 果一个信号被绘图成一条曲线，那么这个信号的积分就是在这条曲线以下的 区域。积分仪是一个装置，此装置可以对出现在输入端的信号求积分，并且 在输出端输出输入信号的积分译本。信号的质量的由积分仪U0对信号V!n求积分而改善。图二举例说明了信号改善的原理。波形200是信号源100产生的常量信号和附加的破坏了常 量信号的噪声的组合。波形210是响应输入信号波形200产生的输出的积分 值。从波形210的图像上，可以很容易观察到，积分仪的作用降低了由叠加 噪声产生的信号起伏。积分仪110的输出值，Vout，被输入ADC200。 ADC 120执行模拟数字 转换功能。这个模拟数字转换功能本领域已经广为人知了。在ADC 120的输入端，模拟信号VouT被转换成信号VD， VD可以取出一组离散电平中的一个。信号源100产生一个信号。作为例子，信号源100可以是一个传感器，如应变计，燃料流量传感器，光强度传感器或者其他任何型式的可以随外界激励产生信号的装置。信号源100常常，但未必总是从包含积分仪110、模 拟数字转换器(ADC) 120以及DSP 130的电路集合中实际移开。图三举例说明两个ADC 120输入信号300和310，以及相应的ADC 320 输出电平。信号300和310是积分仪110对于不同功率的输入信号的响应输 出量。信号300是积分仪110对较高功率的输入信号的响应输出值。信号310 是积分仪110对低功率的输入信号的响应输出值。竖线320代表了 ADC的转换特征。模拟的ADC 120的输入信号值将被 映射成离散信号输出值的有限集合中的一个。在竖线320上的电平小记号标 志说明ADC 120的输出值离散集合。如插图所示，ADC 120是五位装置， 它将输入信号转换成32个离散值之一。这些离散值跨越0至31或者用二进 制表示为00000至1}111。在竖线320上，有32个相应的小记号，.每一个标 记都对应一个特定的模拟电压值。如图三所示，在时刻T-100时，ADC 120从出现在它输入端处取样并转 换。在时刻T400时，信号300到达电压值5V，它于是被转化成数字值31， 此值是ADC 120的最高可能输出值。信号310的值到达大约0.5￥，并且被 转换成数字值3，此值是ADC 120相对的低输出电码。 一个不能准确地与竖 线120上的小记号之一符合的ADC输入信号值将被取舍近似成最近小记号 的值。在取舍近似过程引入的转换误差被描述成量子化噪声。在本领域，精通 技术的人熟知这个由ADC引入的量子误差和相关的量子化噪声。这些取舍 近似误差按比例对低值信号似较为重要的意义，而对高值信号则不太重要。 信号300受到量子化噪声的影响比信号310小。换句话说，信号300上信号 对量子化噪声的比率比信号310上的高。信号对量子化噪声的比率是对负面影响体系性能的信号退化的量度标 准。最小可接受信号对量子化噪声比率是一个设计参量，由于这个原因，则 ADC 120上最小的电平数目或等效最小的电平数目是系统设计的必要条件。另一种降低信号质量的噪声是附加的热噪声。对于一个给定的破坏ADC 120输入信号的热噪声的能量，输入信号中电平的差别低于某值时，就不能 被可靠的分辩。图4示出了这个局限性。图4表示积分仪110由于两个不同信号产生的输出值。这些信号被附加的热噪声破坏。在积分过程的整段时间 内，诸信号具有不变信号值，而积分仪的输入由不变信号值和附加的热噪声组成。在这两种案例下，当积分处理结束时，积分仪110的重要输出值在 T=100的时刻出现。如图4A，信号520是由于定值在1.5V的信号#1对积分仪的输入值。信 号530是由于定值在IV的信号#2对积分仪的输入值。信号500是由于信号 520的输入后积分仪的输出值，信号510是由于信号530的输入后积分仪的 输出值。在时刻T=100时，由于过量的残留附加噪声，积分仪输出的信号 500和510彼此不能确实地区分野。这些例证了在这种噪声环境下，在积分 仪110输出端，信号电平所需要的最小差值应该超过信号#1和信号#2之间 的差值0.5V。利用积分仪110不能可靠分辨较小的信号电平差。在图4B中，信号560是由于定值为2.5V的信号#3对积分仪110的输 入值。信号570是由于定值为IV的信号#4对积分仪110的输入值。信号540 是积分仪110由于输入信号560而产生的输出值，信号550是由于输入信号 570而产生的输出值。在时刻T-100时，信号540和550彼此可以可靠地分 辨出来。这些情况表明，如果在积分仪110的输出端的信号电平之差与信号 #3和信号#4的差值1.5V相等，那么两个信号电平可以被确实地分辨出来。信号源100会产生有足够大振幅的信号，以保证对热噪声效应限制，并 且不会显著退化系统性能。这些暗示了，有吋，积分仪110的输出量可能要 求比有效的电源电压有更大的值。图5说明了一个简单的积分仪回路。积分仪输入信号由信号源1000产 生，被噪声源1010破坏。这个信号和噪声被加法器1020所叠加。这个是信 号和附加噪声的图形表示。在真实的电子电路中，电子元件本质上产生噪声， 而信号上的噪声叠加是通过感应和对于实际元件为本质的其他效应以及系 统设计和布局来实现的。在电子信号进一步处理之前，经常用积分仪以改善电子信号的质量。以 图一作为例子，它举例说明了一个信号源100和一个由积分仪110、模拟数字转换器(ADC) 120及DSP 130组成的信号处理链。图一是由ADC 120 执行的模拟数字转换以及利用DSP 130进行数字信号处理的步骤，这些进一 步的处理步骤都依赖于高质量的积分仪的输出。电容器1040是一个简单的积分仪。对积分仪的输入值是加法器1020的 输出值。电容器1040由开关1050复位，在积分过程开始前此开关处于闭合 位置并复位积分仪。在积分过程开始的时候，开关1050打开。对从加法器 1020的输出端发出的输入信号产生响应，电容器1040两端的电压发生了改 变。在积分过程的最后结束的时候，开关1030闭合，积分仪输出1060VOUT 被取样。图4是一个原理图。在本领域，其他相似的有同样功能性的积分仪 的实施对于一个熟练技术的人来说是显而易见的。积分仪输出值1060VouT通常不能超过上限，此上限受到有效的电源电 压的影响。由于必须遵守的能量消耗需求，在技术级设备上，电源电压不断 减小。积分仪110所必需的输出电压范围以及ADC 120上所必需的输入电压 范围，可以超过有效的系统电源电压。当信号积分仪100的输出范围接近或 大于有效的系统电源电压时，作为实例，这个情况可以发生。当积分仪110 所必需的输出电压范围超过有效的电源电压范围，积分仪的输出量进入饱和 状态。当输出电压到达了它的最大值，在这里是有效的电源电压，积分仪输出 量的饱和状态生成了。积分仪的输出量不能因响应输入信号激励而再进一步 增加了。信号饱和状态导致了系统性能的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：索林·达维多维奇，
申请(专利权)人：RJS科技公司，
类型：发明
国别省市：