CN101420228B - 多量程模数转换的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种多量程模数转换方法和设备，该方法包括：对模拟信号进行采样得到采样信号并输入多个A/D转换通道并执行A/D转换得到多个输出值，每个A/D转换通道的量程都不同；根据A/D的多个输出值并结合每个A/D的量程确定最终输出值，该最终输出值的采样精度不低于最大量程的A/D转换通道的采样精度。该设备包括用于对模拟信号进行采样的采样模块；用于接收采样信号并对采样信号进行A/D转换的A/D转换器，其中所述A/D转换器包括执行A/D转换得到多个输出值的多个A/D转换单元，每个A/D转换单元的量程不同；该设备还包括处理器，用于接收多个A/D转换单元输出的多个数据，并根据该多个数据结合每个A/D转换单元的量程确定最终输出值。本发明提高了模数转换的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种模数转换的方法和设备。
背景技术
模数转换(A/D)和数模转换(D/A)是在编码、测量等领域广泛采用的技术。A/D与D/A的使用使得处理器能更好的应用于工业领域，而不需要过多模拟器件如电阻、电容等，采用处理器通过A/D与D/A对需要的参数，如电压、电流、压力、流量等的处理的应用日益广泛。
现有的模数转换大多是通过提高处理器的采样精度来提高处理精度，这对于A/D的总体性能来说是有良好效果的，但是对于采样的模拟信号较小时，如采样的模拟信号是满量程信号的20％或更低，其并不能用到所有的量化比特。如对12bit的AD，将采样信号量化为4096个，接近满量程的精度误差为(1/4096)*100％＝0.024％，而对采样信号在20％或更低时，其采样信号量化也减小为4096*20％＝819个，使得A/D采样通道不饱和，采样精度误差为(1/819)*100％＝0.12％，采样误差增加了5倍。
发明内容
本发明针对现有技术中采样模拟信号较小时采样精度误差会较大的问题，提出一种多量程模数转换的方法和设备，以提高在采样模拟信号较小时的采样精度。
本发明提供一种多量程模数转换方法，该方法包括：对模拟信号进行采样得到采样信号；将采样信号输入多个A/D转换通道并执行A/D转换得到多个输出值，其中每个A/D转换通道的量程都不同；根据A/D转换通道的所述多个输出值并结合每个A/D转换通道的量程确定最终输出值，该最终输出值的采样精度不低于最大量程的A/D转换通道的采样精度。
本发明还提供一种多量程模数转换的设备，该设备包括用于对模拟信号进行采样的采样模块；和用于接收采样信号并对采样信号进行A/D转换的A/D转换器，其中所述A/D转换器包括执行A/D转换得到多个输出值的多个A/D转换单元，每个A/D转换单元的量程不同；该设备还包括处理器，用于接收多个A/D转换单元输出的多个数据，并根据该多个数据结合每个A/D转换单元的量程确定最终输出值，该最终输出值的采样精度不低于最大量程的A/D转换通道的采样精度。
本发明由于采用了量程不同的多个A/D转换通道或多个A/D转换单元，并对每个A/D转换通道或A/D转换单元的输出值进行判断，如果采样模拟信号较小，例如小于最大输入信号幅度的20％以上，则可以直接使用量程小而精度高的A/D转换通道或A/D转换单元得到高精度的输出值作为最终输出值，或者使用几个精度较高的输出值拟合出精度较高的最终输出值，或者采用其他方式确定具有相对于最大量程的A/D转换单元的高的采样精度的最终输出值。如果多个A/D转换单元中仅有最大量程的A/D转换单元没有达到满量程，则只有最大量程的A/D转换单元输出，此时的采样精度即为最大量程的A/D转换单元的采样精度。本发明的最终输出值的精度与现有技术中的量程唯一的单A/D转换通道或单A/D转换器相比，精度在一定程度上有所提高，达到精确采样的目的。
附图说明
图1是本发明的多量程模数转换的结构图；
图2是本发明的多量程模数转换的方框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种多量程模数转换的方法，该方法包括：对模拟信号进行采样得到采样信号；将采样信号输入多个A/D转换通道并执行A/D转换得到多个输出值，其中每个A/D转换通道的量程都不同；根据A/D转换通道的所述多个输出值并结合每个A/D转换通道的量程确定最终输出值，该最终输出值的采样精度不低于最大量程的A/D转换通道的采样精度。
采样得到的采样信号接下来被输入到量程不同的多个A/D转换通道中，优选的，以下以双量程模数转换为例，即采用两个A/D转换通道：A/D1转换通道和A/D2转换通道，其中A/D1转换通道和A/D2转换通道的量程比例可以为2-50倍之间的任一值，例如5倍，相应的采样精度误差降低到该比例的倒数倍。
举例来说，采样信号为-5V～+5V的电压信号，A/D1转换通道与A/D2转换通道都是精度为12bit的相同的A/D转换通道，但是A/D1转换通道对应满量程-5V～+5V，而A/D2转换通道对应小量程-1V～+1V，所述量程均为线性。如果输入到A/D转换通道的电压的绝对值大于等于1V，则A/D2转换通道的输出值始终表示1V，A/D1转换通道的输出值则代表测量的电压值。如果电压的绝对值变为小于1V，则A/D2转换通道的输出值和A/D1转换通道的输出值都代表测量的电压值，但A/D2转换通道的输出值的精度是A/D1转换通道的输出值的精度的5倍，此时有许多可用的确定高精度的最终测量值的手段，如过零检测法、加权平均法、平方开方法或任何其它已知的手段。
在过零检测法中，从没有达到满量程的至少一个输出值中选择具有最小量程的A/D转换通道的输出值作为最终输出值。对于前述的双量程的实施方式来说，将预定满量程值的20％与A/D2转换通道的输出值进行比较。当A/D2转换通道的输出值小于满量程值的20％时，也就是A/D2转换通道的输出值在没有达到满量程的输出值中其量程最小，采用A/D2转换通道的输出值作为A/D转换通道的最终输出值；而当A/D2转换通道的输出值等于或大于满量程值的20％时，这时A/D1转换通道的输出值在没有达到满量程的输出值中其量程最小，采用A/D1转换通道的输出值作为A/D转换通道的最终输出值。
在加权平均法中，从没有达到满量程的输出值中选择至少两个具有最小量程的A/D转换通道的输出值进行加权平均得到最终输出值。例如双通道中两个A/D转换通道的输出值都没有达到满量程值的情况下，可以把A/D2转换通道转换的数字值与5倍的A/D1转换通道转换的数字值取平均值(例如电压为0.5V时，A/D2的值为0x7FF，A/D1的值为0x199，5*0x199＝0x7FD，取平均值为0x7FE，再转换回模拟电压值)而得到测量值。
在平方开方法中，从没有达到满量程的输出值中选择至少两个具有最小量程的A/D转换通道的输出值进行先平方再开方得到最终输出值。例如双通道中两个A/D转换通道的输出值都没有达到满量程值的情况下，可以把A/D2转换通道转换的输出值与A/D1转换通道转换的输出值分别平方，求和后再开方的方法得到测量值。
所述的多量程采样方法并不局限于上述方法，还可以是在A/D2转换通道前和采样后加一个放大倍数为5倍的放大电路，则A/D2只有在模拟值小于20％时才有非满量程的数字值，则采用该数字值或采用该值与A/D1值的加权；否则只采用A/D1的数字值。
如图2所示，本发明提供一种多量程模数转换的设备，该设备包括用于对模拟信号进行采样的采样模块；和用于接收采样信号并对采样信号进行A/D转换的A/D转换器；其中，所述A/D转换器包括执行A/D转换得到多个输出值的多个A/D转换单元，每个A/D转换单元的量程不同；该设备还包括处理器，用于接收多个A/D转换单元输出的多个数据，并根据该多个数据结合每个A/D转换单元的量程确定最终输出值，该最终输出值的采样精度不低于最大量程的A/D转换通道的采样精度。
所述采样模块是本领域技术人员所熟知的各种采样模块，采样的数据包括但不限于电压、电流、流体速度、压力等等物理量，如可以是输出值为电压的电流霍尔传感器。
同样的，以下以双量程模数转换为例说明A/D转换过程，即A/D转换器包括两个A/D转换单元：A/D1转换单元和A/D2转换单元，其中所述A/D1转换单元和A/D2转换单元的量程比例可以为2-50倍之间的任一值，例如5倍，相应的采样精度误差降低到该比例的倒数倍。
仍以上面的例子为例，采样信号为-5V～+5V的电压信号，A/D1转换单元与A/D2转换单元都是精度为12bit的相同的A/D转换单元，但是A/D1转换单元对应满量程-5V～+5V，而A/D2转换单元对应小量程-1V～+1V，所述量程均为线性。如果输入到A/D转换单元的电压的绝对值大于等于1V，则A/D2转换单元的输出值始终表示1V，A/D1转换单元的输出值则代表测量的电压值。如果电压的绝对值变为小于1V，则A/D2转换单元的输出值和A/D1转换单元的输出值都代表测量的电压值，但A/D2转换单元的输出值的精度是A/D1转换单元的输出值的精度的5倍，此时有许多可用于处理器来确定高精度的最终测量值的手段，如上述的过零检测法、加权平均法、平方开方法或任何其它已知的手段。
需要说明的是，不同于如万用表之类的传统测量方式(如果超过测量量程则有可能损坏指示数据的指针或其它组件如电容等)，该多量程模数转换的设备即使在测量的值在满量程以上，如电压的绝对值始终在1V以上，A/D2转换单元也只是始终处于满量程，只是所采样的值无效，不会对A/D转换单元本身造成任何损坏。
每个A/D转换单元可以是独立的芯片，也可以是包含在一个处理器中的多个A/D转换单元。优选的采用多个处理器中的多个A/D转换单元，这样的好处可以简化电路，增强系统稳定性。所述的每个A/D转换单元的采样精度可以是8bit、12bit、16bit等等。
优选地，所述处理器可以是任何含有两个以上A/D转换单元的处理器，如可以是单片机、x86型CPU、ARM芯片等等。优选的处理器可以是TI公司的DSP2812。
应该注意，三量程或更多量程的模数转换的方法与设备因为和多量程的方法与设备具有相同的原理，故不再赘述，量程的选取时如三量程的模数转换可以采用10％和30％和100％三个量程和对应的三个A/D转换通道或A/D转换单元。
Claims (10)
1.一种多量程模数转换方法，该方法包括：
对模拟信号进行采样得到采样信号；
将采样信号输入多个A/D转换通道并执行A/D转换得到多个输出值，其中每个A/D转换通道的量程都不同；
根据A/D转换通道的所述多个输出值并结合每个A/D转换通道的量程确定最终输出值，该最终输出值的采样精度不低于最大量程的A/D转换通道的采样精度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个A/D转换通道为两个，其中一个的量程为另一个的2-50倍。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中采用过零检测法来确定最终输出值：从没有达到满量程的至少一个输出值中选择具有最小量程的A/D转换通道的输出值作为最终输出值。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中采用加权平均法来确定最终输出值：从没有达到满量程的输出值中选择至少两个具有最小量程的A/D转换通道的输出值进行加权平均得到最终输出值。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中采用平方开方法来确定最终输出值：从没有达到满量程的输出值中选择至少两个具有最小量程的A/D转换通道的输出值进行先平方再开方得到最终输出值。
6.一种多量程模数转换的设备，该设备包括：用于对模拟信号进行采样的采样模块；和用于接收采样信号并对采样信号进行A/D转换的A/D转 换器；其中，所述A/D转换器包括执行A/D转换得到多个输出值的多个A/D转换单元，每个A/D转换单元的量程不同；该设备还包括处理器，用于接收多个A/D转换单元输出的多个数据，并根据该多个数据结合每个A/D转换单元的量程确定最终输出值，该最终输出值的采样精度不低于最大量程的A/D转换单元的采样精度。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述多个A/D转换单元为两个，其中一个的量程为另一个的2-50倍。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其中所述处理器采用过零检测法来确定最终输出值：从没有达到满量程的至少一个输出值中选择具有最小量程的A/D转换单元的输出值作为最终输出值。
9.根据权利要求6或7所述的设备，其中所述处理器采用加权平均法确定多个A/D转换单元的最终输出值：该处理器从没有达到满量程的输出值中选择至少两个具有最小量程的A/D转换单元的输出值进行加权平均得到最终输出值。
10.根据权利要求6或7所述的设备，其中所述处理器采用平方开方法确定多个A/D转换单元的最终输出值：该处理器从没有达到满量程的输出值中选择至少两个具有最小量程的A/D转换单元的输出值进行先平方再开方得到最终输出值。
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Families Citing this family (9)
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|---|---|---|---|---|
| CN102759689A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-10-31 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置及方法 |
| CN104181139B (zh) * | 2014-08-27 | 2017-01-18 | 厦门大学 | 一种浮游植物荧光信号检测方法 |
| CN104181138B (zh) * | 2014-08-27 | 2017-02-01 | 厦门大学 | 一种浮游植物荧光信号检测电路 |
| JP6888905B2 (ja) * | 2015-12-10 | 2021-06-18 | 株式会社東芝 | 検出信号におけるａ／ｄコンバータの雑音を低減した厚み計装置 |
| CN106712774B (zh) * | 2016-09-30 | 2024-04-19 | 珠海思创电气有限公司 | 一种高精度模拟信号采样电路 |
| CN110632377A (zh) * | 2019-10-11 | 2019-12-31 | 广东博智林机器人有限公司 | 检测装置 |
| CN110702976A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-01-17 | 湖南银河电气有限公司 | 一种宽量程高精度电流传感器/电流表 |
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| CN116208152B (zh) * | 2023-03-07 | 2024-05-07 | 青海量具(常州)有限公司 | 一种高精度模拟量采集装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417503B1 (en) * | 1998-04-24 | 2002-07-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Optical sensor circuit with output changing means |
| CN1835404A (zh) * | 2005-03-17 | 2006-09-20 | 北京思比科微电子技术有限公司 | 分段线性的模数转换器 |
| US7253761B1 (en) * | 2004-11-08 | 2007-08-07 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Analog to digital conversion with signal expansion |
| CN2938573Y (zh) * | 2006-08-03 | 2007-08-22 | 深圳达实智能股份有限公司 | 多通道模数转换装置 |
-
2007
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417503B1 (en) * | 1998-04-24 | 2002-07-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Optical sensor circuit with output changing means |
| US7253761B1 (en) * | 2004-11-08 | 2007-08-07 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Analog to digital conversion with signal expansion |
| CN1835404A (zh) * | 2005-03-17 | 2006-09-20 | 北京思比科微电子技术有限公司 | 分段线性的模数转换器 |
| CN2938573Y (zh) * | 2006-08-03 | 2007-08-22 | 深圳达实智能股份有限公司 | 多通道模数转换装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 马景兰等.提高模数转换器性能的方法.电子工程师29 4.2003,29(4),55-56. |
| 马景兰等.提高模数转换器性能的方法.电子工程师29 4.2003,29(4),55-56. * |
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