[實用新型]一種游標式高精度高速A/D轉(zhuǎn)換裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821065511.1
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN208369562U
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張雪原
• 申請（專利權(quán)）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 北京元本知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 11308
• 代理人: 常桑

本實用新型涉及一種游標式高精度高速A/D轉(zhuǎn)換裝置。本實用新型包括m個轉(zhuǎn)換單元，每個轉(zhuǎn)換單元用于一段連續(xù)位數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換，還包括：m?1個向上取整開關(guān)組，每個向上取整開關(guān)組的輸入端連接對應位段的轉(zhuǎn)換單元，用于輸出比對應位段的轉(zhuǎn)換單元中被測量電壓大的分壓電路輸出的最小電壓值；m?2個向下取整開關(guān)組，每個向下取整開關(guān)組的輸入端連接對應位段的轉(zhuǎn)換單元，用于輸出比對應位段的轉(zhuǎn)換單元中被測量電壓小的分壓電路輸出的最大電壓值；數(shù)據(jù)鎖存器，輸入端按位段從高到低依次連接m個轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號，用于數(shù)字信號的同步輸出。使用不同精度的游標對待轉(zhuǎn)換的電壓進行不斷細化測量，在保證模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的同時，提高轉(zhuǎn)換的速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及高精度高速A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種游標式高精度高速A/D轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)

模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(模數(shù)轉(zhuǎn)換)是所有現(xiàn)實系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的重要接口，是信息系統(tǒng)感知現(xiàn)實系統(tǒng)的必由通道。所以，模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)是現(xiàn)代控制、通信、信息等行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，具有非常重要的基礎(chǔ)性意義。

目前的模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)主要有四種：并行轉(zhuǎn)換法、逐位比較法、雙積分法、壓頻變換法。并行比較法就是使用一個電阻網(wǎng)絡均分基準電壓，每一個電壓均分值與輸入模擬電壓進行比較，把比較結(jié)果輸入譯碼器形成數(shù)字；并行轉(zhuǎn)換法的優(yōu)點是模數(shù)轉(zhuǎn)換的速度快，缺點是電路的規(guī)模隨轉(zhuǎn)換位數(shù)呈幾何級數(shù)增長，以至于在高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換下無法實現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)起來成本太大。逐位比較法是把數(shù)字量最高位設(shè)定為1，其余位設(shè)定為0，轉(zhuǎn)換為模擬量，轉(zhuǎn)換后的模擬量與輸入的模擬量進行比較，如果輸入的模擬量比轉(zhuǎn)換的模擬量高，則最高位保持1不變，如果輸入的模擬量比轉(zhuǎn)換的模擬量低，轉(zhuǎn)最高位變?yōu)?，這樣確定了最高位，然后依次確定后面二進制位的值，逐次比較，最后得到轉(zhuǎn)換結(jié)果，逐位比較法的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換電路的規(guī)模與轉(zhuǎn)換位數(shù)的精度為代數(shù)級數(shù)，缺點是轉(zhuǎn)換的速度較慢，需要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換才能得到結(jié)果。雙積分法是將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換為時間長度，再測量時間長度，得到最后的數(shù)字量，壓頻變換法就是將電壓轉(zhuǎn)換為頻率，然后通過測量頻率得到數(shù)字值；后面兩種方法轉(zhuǎn)換的精度不影響電路的規(guī)模，但轉(zhuǎn)換速度很慢。

在模數(shù)轉(zhuǎn)換中，還有一種多比特位流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，每一個轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)使用較少的比特位數(shù)構(gòu)成并行比較，并行比較后進行編碼；編碼一方面是轉(zhuǎn)換結(jié)果的一部分，另一方面對編碼進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換結(jié)果與本級輸出信號相減，再按比例放大，送入下一級進行并行比較。多比特位流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換具有理論上的高精度高速性，但是由于在轉(zhuǎn)換過程中，需要逐級做模擬減法運算和信號放大處理，這樣使得在模擬運算和放大的過程中產(chǎn)生的誤差會不斷地放大，使得在高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換中，系統(tǒng)的誤差很容易掩蓋測量的精度，所以多比特位流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換在工業(yè)上很難實現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)換。

通過對現(xiàn)有模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，模數(shù)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換精度和速度之間不能兼得，目前的技術(shù)都不能實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的高精度和高速度，或?qū)崿F(xiàn)前來成本太高，以至于在實際工業(yè)應用中無法承受。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種游標式高精度高速A/D轉(zhuǎn)換裝置。

本實用新型為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種游標式高精度高速A/D轉(zhuǎn)換裝置，包括m個轉(zhuǎn)換單元，每個轉(zhuǎn)換單元用于一段連續(xù)位數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換，還包括：

m-1個向上取整開關(guān)組，每個向上取整開關(guān)組的輸入端連接對應位段的轉(zhuǎn)換單元，用于輸出比對應位段的轉(zhuǎn)換單元中被測量電壓大的分壓電路輸出的最小電壓值；

m-2個向下取整開關(guān)組，每個向下取整開關(guān)組的輸入端連接對應位段的轉(zhuǎn)換單元，用于輸出比對應位段的轉(zhuǎn)換單元中被測量電壓小的分壓電路輸出的最大電壓值；

數(shù)據(jù)鎖存器，輸入端按位段從高到低依次連接m個轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號，用于數(shù)字信號的同步輸出。

所述轉(zhuǎn)換單元中最高位的第一轉(zhuǎn)換單元包括：