CN101465650A - 基于数字脉宽调制的积分型模数转换器及模数转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于模数转换领域，具体涉及一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换器及模数转换方法。所述模数转换器包括数字脉宽调制模块、滤波器、比较器和逻辑运算模块等外围电路。所述模数转换方法包括：首先，通过数字脉宽调制模块产生脉宽信号；其次，通过滤波器对所述脉宽信号进行滤波；再次、通过比较器对经过滤波后的信号与被检测信号进行比较、处理后经比较器发出信号；最后，通过逻辑运算模块对所述比较器发出的信号进行拾取、分析，得到被检测信号相关信息。本发明采用数字脉宽调制原理实现的，其发出信号占空比与被测量有确定的对应关系，避免了高精度模数转换器模拟电路设计的复杂性，采用快速搜索算法后可使转换速率提高，且同时具备通讯和显示二者并存的功能。
Description
技术领域
本发明属于模数转换领域，具体涉及一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换器及模数转换方法。
背景技术
模数转换是将模拟输入信号转换为N位二进制数字输出信号的技术。采用数字信号处理能够方便实现各种先进的自适应算法，完成模拟电路无法实现的功能，因此，越来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。与之相应的是，作为模拟系统和数字系统之间桥梁的模数转换的应用日趋广泛。目前市场上应用较多的模数转换器主要有积分型模数转换器和Σ-Δ转换器。
积分型模数转换器又称双斜率或多斜率数据转换器，是应用最为广泛的转换器类型。典型的是双斜率转换器。双斜率转换器包括两个主要部分：一部分电路采样并量化输入电压，产生一个时域间隔或脉宽序列，再由一个计数器将其转换为数字量输出。斜率转换器由带有输入切换开关的模拟积分器、比较器和计数单元构成。积分器对输入电压在固定的时间间隔内积分，该时间间隔通常对应于内部计数单元的最大地数。时间到达后将计数器复位并将积分器输入连接到反板性(负)参考电压。在这个反极性信号作用下，积分器被“反向积分”直到输出回到零，并使计数器终止，积分器复位。积分型模数转换器的精度可以做得很高，并且抑制高频噪声和固定的低频干扰(如50Hz或60Hz)的能力，但积分型模数转换器的采样速度和带宽都非常低。
Σ-Δ转换器又称为过采样转换器。这种转换器由Σ-Δ调制器及连接及其后的数字滤波器构成，调制器的结构近似于双斜率模数转换器，包括积分器和比较器，以及含有1个1位数模转换器的反馈环。这个内置的数模转换器仅仅是一个开关，它将积分器输入切换到一个正或负参考电压。Σ-Δ模数转换器还包括一个时钟单元，为调制和数字滤波器提供适当的定时。窄带信号送入Σ-Δ模数转换器后被以非常低的分辨率(1位)进行量化，但采样频率却非常高。经过数字滤波处理后，这种过采样被降低到一个比较低的采样率；同时模数转换器的分辨率(即动态范围)被提高到16位或更高。Σ-Δ转换器采样速率较低，且限于比较窄的输入带宽。
发明内容
为了解决现有技术中存在的积分型模数转换器和Σ-Δ转换器采样速率较低，只限于比较窄的输入带宽范围内使用，而且现有模数转换器的原理对相关模拟器件的性能及参数要求较高，结构复杂，不便于集成等技术问题，本发明提供了一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换器。
为了解决现有技术问题本发明还提供了一种模数转换方法。
本发明解决现有技术中存在的第一个技术问题所采用的技术方案为，提供一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换器，所述基于数字脉宽调制的积分型模数转换器包括：用于发出脉宽信号的数字脉宽调制模块；用于对脉宽信号进行滤波的滤波器；用于对经过所述滤波器滤波后的信号与被检测信号进行比较分析、处理的比较器和用于对所述比较器发出的信号进行拾取、分析的逻辑运算模块；其中，所述数字脉宽调制模块与所述滤波器连通；所述滤波器与所述比较器连通；所述比较器与所述逻辑运算模块连通；所述逻辑运算模块又与所述数字脉宽调制模块连通。
根据本发明的一优选实施例：所述模数转换器包括显示模块，所述显示模块与所述逻辑运算模块连接。
根据本发明的一优选实施例：所述模数转换器包括通讯模块。
根据本发明的一优选实施例：所述通讯模块与外部通讯设备为有线连接或无线连接。
根据本发明的一优选实施例：所述滤波器为低通滤波器。
根据本发明的一优选实施例：所述模数转换器可采用单电源供电。
本发明解决现有技术中存在的第二个技术问题所采用的技术方案为，
提供一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换方法，其特征在于：所述模数转换方法包括步骤：第一、通过数字脉宽(脉宽)调制模块产生脉宽信号；第二、通过滤波器对所述脉宽信号进行滤波；第三、通过比较器对经过滤波后的信号与被检测信号进行比较、处理后经比较器发出信号；第四、通过逻辑运算模块对所述比较器发出的信号进行拾取、分析，得到被检测信号相关信息。
根据本发明的一优选实施例：所述第一步中所述脉宽信号为占空比可调的脉宽信号，调节过程通过所述逻辑运算模块进行。
根据本发明的一优选实施例：所述第二步中所述滤波器为低通滤波器。
根据本发明的一优选实施例：所述第三步中所述比较、处理方法为：将经过滤波后的信号的幅值与被检测信号的幅值进行比较，当所述经过滤波后的信号幅值大于所述被检测信号的幅值时，由比较器输出产生正向跃变的信号。
本发明采用数字脉宽调制原理实现的，设计合理、结构简单、其发出信号占空比与被测量有确定的对应关系，避免了高精度模数转换器模拟电路设计的复杂性，便于集成芯片设计，可用于芯片的制造，且成本较低，也便于单片机和可编程门阵列等的实现，可为集成和相关IC设计提供有益的方法。该方法可使用单电源供电，亦可方便地抑制50HZ、60HZ等工频干扰，采用快速搜索算法后可使转换速率提高，且同时具备通讯和显示二者并存的功能。可适用于更广泛的应用场合。
附图说明
图1.本发明基于数字脉宽调制的积分型模数转换器模块结构示意图；
图2.本发明基于数字脉宽调制的积分型模数转换方法流程图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
请参阅图1本发明基于数字脉宽调制的积分型模数转换器模块结构示意图，如图1所示，所述基于数字脉宽调制的积分型模数转换器包括：用于发出脉宽信号的数字脉宽调制模块101；用于对脉宽信号进行滤波的滤波器102；用于对经过所述滤波器102滤波后的信号与被检测信号104进行比较分析、处理的比较器103和用于对所述比较器103发出的信号进行拾取、分析的逻辑运算模块105；其中，所述数字脉宽调制模块101与所述滤波器102连通；所述滤波器102与所述比较器103连通；所述比较器103与所述逻辑运算模块105连通；所述逻辑运算模块105又与所述数字脉宽调制模块101连通。
所述模数转换器包括显示模块107，所述显示模块107与所述逻辑运算模块105连接。所述模数转换器包括通讯模块106。该通讯模块106与外部通讯设备为有线连接或无线连接，可以进行有线或无线通讯。
请参阅图2本发明基于数字脉宽调制的积分型模数转换方法流程图，如图2所示，所述模数转换方法包括步骤：第一、通过数字脉宽调制模块101产生脉宽信号；第二、通过滤波器102对所述脉宽信号进行滤波；第三、通过比较器103对经过滤波后的信号与被检测信号104进行比较、处理后经比较器103发出信号；第四、通过逻辑运算模块105对所述比较器103发出的信号进行拾取、分析，得到被检测信号104相关信息。
其中，所述第一步中所述脉宽信号为占空比可调的脉宽信号，调节过程通过所述逻辑运算模块105进行；所述第二步中所述滤波器102为低通滤波器102；所述第三步中所述比较、处理方法为：将经过滤波后的信号的幅值与被检测信号104的幅值进行比较，当所述经过滤波后的信号幅值大于所述被检测信号104的幅值时，由比较器103输出产生正向跃变的信号。
所述基于数字脉宽调制的积分型模数转换方法具体为：通过数字脉宽调制模块101产生占空比可调的数字脉宽信号，其高电平幅值为VR，低电平为地，占空比为D，周期为T。由逻辑运算模块105按一定规律调整占空比，经由低通滤波器102，产生滤波信号，该滤波信号幅值为D*VR。将滤波信号与被检测信号104Vin经由比较器103进行比较，当滤波信号的幅值大于被检测信号104Vin时，比较器103的输出产生正向跃变，经过逻辑运算模块105拾取该经过比较器103处理过的信号后根据此时的数字脉宽信号占空比D即可得出Vin的实际电压和数字表达，最后通过通讯或显示单元接口将相关电压传递给外部。
本发明基于数字脉宽调制的积分型模数转换方法采用数字脉宽调制原理实现，设计合理、结构简单、其发出信号占空比与被测量有确定的对应关系，避免了高精度模数转换器模拟电路设计的复杂性，便于集成芯片设计，可用于芯片的制造，且成本较低，也便于单片机和可编程门阵列等的实现，可为集成和相关IC设计提供有益的方法。该方法可使用单电源供电，亦可方便地抑制50HZ、60HZ等工频干扰，采用快速搜索算法后可使转换速率提高，且同时具备通讯和显示二者并存的功能。可适用于更广泛的应用场合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换器，其特征在于：所述基于数字脉宽调制的积分型模数转换器包括：
用于发出脉宽信号的数字脉宽调制模块(101)；
用于对脉宽信号进行滤波的滤波器(102)；
用于对经过所述滤波器(102)滤波后的信号与被检测信号(104)进行比较分析、处理的比较器(103)和用于对所述比较器(103)发出的信号进行拾取、分析的逻辑运算模块(105)；
其中，所述数字脉宽调制模块(101)与所述滤波器(102)连通；所述滤波器(102)与所述比较器(103)连通；所述比较器(103)与所述逻辑运算模块(105)连通；所述逻辑运算模块(105)又与所述数字脉宽调制模块(101)连通。
2.根据权利要求1所述模数转换器，其特征在于：所述模数转换器包括显示模块(107)，所述显示模块(107)与所述逻辑运算模块(105)连接。
3.根据权利要求1所述模数转换器，其特征在于：所述模数转换器包括通讯模块(106)。
4.根据权利要求3所述模数转换器，其特征在于：所述通讯模块(106)与外部通讯设备为有线连接或无线连接。
5.根据权利要求1所述模数转换器，其特征在于：所述滤波器(102)为低通滤波器(102)。
6.根据权利要求1所述模数转换器，其特征在于：所述转换器可采用单电源供电。
7.一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换方法，其特征在于：所述模数转换方法包括步骤：
A：通过数字脉宽调制模块(101)产生脉宽信号；
B：通过滤波器(102)对所述脉宽信号进行滤波；
C：通过比较器(103)对经过滤波后的信号与被检测信号(104)进行比较、处理后经比较器(103)发出信号；
D：通过逻辑运算模块(105)对所述比较器(103)发出的信号进行拾取、分析，得到被检测信号(104)相关信息。
8.根据权利要求8所述模数转换方法，其特征在于：所述步骤A中所述脉宽信号为占空比可调的脉宽信号，调节过程通过所述逻辑运算模块(105)进行。
9.根据权利要求8所述模数转换方法，其特征在于：所述步骤B中所述滤波器(102)为低通滤波器(102)。
10.根据权利要求8所述模数转换方法，其特征在于：所述步骤C比较、处理方法为：将经过滤波后的信号的幅值与被检测信号(104)的幅值进行比较，当所述经过滤波后的信号幅值大于所述被检测信号(104)的幅值时，由比较器(103)输出产生跃变的信号。
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|---|---|---|---|---|
| CN102035514A (zh) * | 2010-11-11 | 2011-04-27 | 东南大学 | 一种数字脉宽调制电路的控制方法 |
| CN102801418A (zh) * | 2011-05-26 | 2012-11-28 | 特克特朗尼克公司 | 避免交织图像和畸变产物的数据转换器系统 |
| CN112383309A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-02-19 | 广东澳鸿科技有限公司 | 一种磁电式转速传感器的模数转换电路 |
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2007
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