[其他]數(shù)字反饋式兩次采樣高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 87104460
• 申請(qǐng)日: 1987-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN87104460A
• 公開(kāi)（公告）日: 1988-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 費(fèi)正生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱電工學(xué)院
• 主分類號(hào): G01R19/25
• 分類號(hào): G01R19/25
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明是關(guān)于兩次采樣模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)。本發(fā)明可用來(lái)構(gòu)成高精度數(shù)字電壓表。

兩次采樣模-數(shù)轉(zhuǎn)換器通常是一種復(fù)合式高精度轉(zhuǎn)換器，它包含一個(gè)低精度A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)高精度D/A轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器的模-數(shù)轉(zhuǎn)換是通過(guò)兩次采樣過(guò)程束實(shí)現(xiàn)的。第一次采樣時(shí)，由低精度A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量（電壓）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這相當(dāng)于高位數(shù)。然后，由高精度D/A轉(zhuǎn)換器將該高位數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，這相當(dāng)于被測(cè)量的高位值。第二次采樣時(shí)，再由低精度A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)被測(cè)量與高精度D/A轉(zhuǎn)換器反饋的被測(cè)量高位值之差進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得被測(cè)量的低位數(shù)。高位數(shù)與低位數(shù)之代數(shù)和即代表被測(cè)模擬量。

在兩次采樣模-數(shù)轉(zhuǎn)換器中，高精度D/A轉(zhuǎn)換器是關(guān)鍵部分，它決定了模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度。

日本《NIKKEI????ELECTRONICS》雜志于1974年NO、82期發(fā)表的八位數(shù)0.1ppm高精度數(shù)字電壓表，采用了磁調(diào)制式電流比較儀作為高精度D/A轉(zhuǎn)換器。這種D/A轉(zhuǎn)換器需用價(jià)格昂貴的坡莫合金，體積大，成本高。

英國(guó)SELabs公司的SM215型數(shù)字電壓表采用了感應(yīng)式分壓器來(lái)作高精度D/A轉(zhuǎn)換器，也要采用坡莫合金。

日本武田理研生產(chǎn)的TR-6567型數(shù)字電壓表，采用了電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)作高精度D/A轉(zhuǎn)換器，對(duì)電阻和開(kāi)關(guān)要求很高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高。

上述三種兩次采樣高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的共同缺點(diǎn)是體積大，不易集成，成本高。

本發(fā)明的目的是改進(jìn)兩次采樣中的第二次采樣方法。改進(jìn)的實(shí)質(zhì)在于把第一次采樣獲得的數(shù)字量在第二次采樣過(guò)程中直接反饋回來(lái)，而不再轉(zhuǎn)換為模擬量后反饋，從而克服了上述三種高精度A/D轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)。

本發(fā)明之所以稱為數(shù)字反饋式兩次采樣高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，是因?yàn)樵诘诙尾蓸舆^(guò)程中，第一次采樣所得的高位數(shù)是直接以數(shù)字方法反饋回來(lái)。本發(fā)明數(shù)字反饋式兩次采樣高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩次采樣均通過(guò)一般精度的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，第一次采樣也可用任何一種A/D轉(zhuǎn)換器，只要它能獲得被測(cè)量的高位數(shù)即可。

在第一次采樣中，雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的上斜時(shí)間T₁與數(shù)字量N₁相應(yīng)，而下斜時(shí)間T_2h與數(shù)字量H_2h相應(yīng)。在第二次采樣的上斜過(guò)程中，被測(cè)量E_x接入的時(shí)間與數(shù)字量mN₁相對(duì)應(yīng)，而基準(zhǔn)電壓E_s接入的時(shí)間與數(shù)字量mN_2h相對(duì)應(yīng)。這可通過(guò)計(jì)數(shù)器N₁、N_2h和m來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上就是當(dāng)可逆計(jì)數(shù)器N₁和N_2h減為0后，重又恢復(fù)原值N₁和N_2h，共重復(fù)m次，但在每個(gè)置數(shù)節(jié)拍中，N_2h≤N₁。重復(fù)置數(shù)m次也可通過(guò)一個(gè)可逆計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在第二次采樣的下斜過(guò)程中，E_x被切斷，而放電所用的基準(zhǔn)電壓可縮小n倍，為E_s/n。這樣，在第二次采樣中，得低位數(shù)N₂l。

由于N₁和N_2h共置入m次，而第二次采樣所用的基準(zhǔn)電壓可縮小為E_s/n，故本發(fā)明可獲得計(jì)數(shù)容量mnN_2h+N_2l。這種數(shù)字反饋式兩次采樣模-數(shù)轉(zhuǎn)換器只用一般精度的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器和一些邏輯部件，卻可獲得高精度A/D轉(zhuǎn)換。由于本發(fā)明對(duì)模擬器件要求不高，邏輯簡(jiǎn)單，故易于制成大規(guī)模集成電路。

現(xiàn)按圖1所示的數(shù)字反饋式兩次采樣高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路圖解釋如下：

在第一次采樣的上斜過(guò)程中，被測(cè)量1（±E_x）通過(guò)開(kāi)關(guān)6的閉合接入由積分電阻11、積分電容器17和放大器18組成的積分器，對(duì)電容器17充電，充電時(shí)間T₁可通過(guò)控制邏輯對(duì)可編程計(jì)數(shù)器30置數(shù)N₁后的減法計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)N₁減為0時(shí)，控制邏輯34通過(guò)開(kāi)關(guān)控制29和極性檢測(cè)與檢零邏輯28切斷開(kāi)關(guān)6，閉合開(kāi)關(guān)7（當(dāng)被測(cè)量為-E_x時(shí)）或閉合開(kāi)關(guān)8（當(dāng)被測(cè)量為+E_x時(shí)），接入基準(zhǔn)電壓，對(duì)電容器17進(jìn)行放電，同時(shí)，可編程計(jì)數(shù)器31從0開(kāi)始進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。