CN103176497A - 一种比较器失调电压补偿电路及补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种比较器失调电压补偿电路及补偿方法，包括参考电压产生单元、数字调整单元、比较器、模拟开关一K1、模拟开关二K2、耦合电容C1，其特征是：所述参考电压产生单元的输出Vref通过所述模拟开关二K2和所述比较器的正端相连；所述参考电压产生单元的输出Vadj和所述比较器的负端相连；所述耦合电容C1通过所述模拟开一关K1和比较器正端相连；所述比较器输出连接所述数字调整单元；所述数字调整单元的输出连接所述参考电压产生单元，用于调节参考电压产生单元输出的电压Vadj。一方面降低了比较器的设计复杂程度，另一方面消除了温度等外界因素对失调电压的影响，适用于超声波热计量、超声波流量测量等应用场合。

Description

一种比较器失调电压补偿电路及补偿方法
技术领域
本发明涉及电子测量领域，具体的讲，涉及一种比较器失调电压补偿电路及补偿方法。
背景技术
在超声波流量表、热量表或类似应用中，需要使用比较器将换能器返回的峰峰值为数百mV的正弦波整形变成方波，从而测量回波的到达时间。为节省成本，一般用单电源比较器对回波进行过零比较，这时需要把输入比较器的交流电压抬升到参考电平上，比较器的比较电压也需要设置到参考电平上。比较器的失调电压会对分辨率造成影响，普通比较器的失调电压可达在几mV到十几mV，且随温度变化明显，斩波型比较器的失调电压可以做到几个uV，但斩波比较器工艺要求及设计复杂程度比较高。因此需要设计一种电路，能够使普通比较器的失调电压控制在误差允许的范围内，并且不随温度变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种比较器失调电压补偿电路及补偿方法，达到减小比较器失调电压的目的，该电路结构简单，应用方便。
本发明采用如下技术方案实现发明目的：
一种比较器失调电压补偿电路，包括参考电压产生单元、数字调整单元、比较器、模拟开关一K1、模拟开关二K2、耦合电容C1，其特征是：所述参考电压产生单元的输出Vref通过所述模拟开关二K2和所述比较器的正端相连；所述参考电压产生单元的输出Vadj和所述比较器的负端相连；所述耦合电容C1通过所述模拟开一关K1和比较器正端相连；所述比较器输出连接所述数字调整单元；所述数字调整单元的输出连接所述参考电压产生单元，用于调节参考电压产生单元输出的电压Vadj。
作为对本技术方案的进一步限定，所述参考电压产生单元包括电压跟随器一U1、电压跟随器二U2、电压跟随器三U3、分压电阻R0-R63、分压电阻R64-R67、模拟多路选择器U4，分压电阻R64-R67包括R64、R65、R66、R67四个电阻，其中电阻R65和R66的电阻值相等，电阻R64的一端接地，R67的一端接电源VCC ，电阻R64、R65、R66、R67依次首尾相连形成对电源VCC的分压电阻串；电压跟随器二U2的正端连接在电阻R65和R66的连接点；电压跟随器二U2的输出信号为Vref；电压跟随器三U3的正端连接电阻R66和R67的连接点，电压跟随器一U1的正端连接电阻R64和R65的连接点；分压电阻R0-R63包括64个阻值相同的电阻，电阻R0的一端连接电源跟随器一U1的输出，电阻R63的一端连接电源跟随器三U3的输出，R0-R63依次首尾相连形成对电压跟随器一、三U1、U3输出电压的分压电阻串；模拟多路选择器U4的64个电压输入端分别连接电阻R0-R63分压形成的64个电压节点，所述模拟多路选择器U4的数字控制端CTRL受所述数字调整单元的控制，输出为Vadj。
一种比较器失调电压补偿电路的补偿方法，其特征是：包括以下步骤：
（1）模拟开关一K1关断，模拟开关二K2导通；
（2）数字调整单元输出CTRL=63，此时所述比较器的输出为低电平；
（3）数字调整单元每次将CTRL的值减去1，判断比较器输出，一直到比较器输出为高电平，CTRL停止变化；
（4）模拟开关一K1导通，模拟开关二K2关断。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：电路采用数字自动补偿的方式，将普通比较器的失调电压降低到误差允许的范围以内，一方面降低了比较器的设计复杂程度，另一方面消除了温度等外界因素对失调电压的影响，十分适用于超声波热计量、超声波流量测量等应用场合。
附图说明
图1为本发明优选实施例的结构方框图。
图2为本发明优选实施例的参考电压产生单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作更进一步的详细描述。
参见图1－图2，本发明包括参考电压产生单元、数字调整单元、比较器、模拟开关一K1、模拟开关二K2、耦合电容C1，所述参考电压产生单元的输出Vref通过所述模拟开关K2和所述比较器的正端相连；所述参考电压产生单元的输出Vadj和所述比较器的负端相连；所述耦合电容C1通过所述模拟开关K1和比较器正端相连；所述比较器输出连接所述数字调整单元；所述数字调整单元的输出连接所述参考电压产生单元，用于调节参考电压产生单元输出的电压Vadj。
参见图2，所述参考电压产生单元包括电压跟随器一U1、电压跟随器二U2、电压跟随器三U3、分压电阻R0-R63、分压电阻R64-R67、模拟多路选择器U4，分压电阻R64-R67包括R64、R65、R66、R67四个电阻，其中电阻R65和R66的电阻值相等，电阻R64的一端接地，R67的一端接电源VCC ，电阻R64、R65、R66、R67依次首尾相连形成对电源VCC的分压电阻串；电压跟随器二U2的正端连接在电阻R65和R66的连接点；电压跟随器二U2的输出信号为Vref；电压跟随器三U3的正端连接电阻R66和R67的连接点，电压跟随器一U1的正端连接电阻R64和R65的连接点；分压电阻R0-R63包括64个阻值相同的电阻，电阻R0的一端连接电源跟随器一U1的输出，电阻R63的一端连接电源跟随器三U3的输出，R0-R63依次首尾相连形成对电压跟随器一、三U1、U3输出电压的分压电阻串；模拟多路选择器U4的64个电压输入端分别连接电阻R0-R63分压形成的64个电压节点，所述模拟多路选择器U4的数字控制端CTRL受所述数字调整单元的控制，输出为Vadj。
所述参考电压产生单元中，Vref为要设定的交流信号提升的电压，Vref=(R64+R65)VCC/(R64+R65+R66+R67)；标记R66和R67连接点的电压为Vup，Vup=Vref+1/2ΔV；标记R64和R65连接点的电压为Vdn，Vdn=Vref-1/2ΔV；Vup和Vdn两点的电压差为ΔV；电压跟随器三U3和电压跟随器一U1分别对Vup和Vdn进行跟随，分压电阻串R0-R63的64个电阻将ΔV等分为64段，每段为ΔV/64。若ΔV=64mV,则每一段为1mv，意味着比较器的失调电压将会被限制在1mV之内。
所述参考电压产生单元中，模拟多路选择器U4是一个64选1的多路选择器，其输出电压Vadj由一个宽度5bit的CTRL信号控制，输出电压Vadj=Vdn+（ΔV×CTRL）/64，模拟多路选择器U4具体实现电路属于公知技术，不再详述。
所述数字调整单元用于实现对比较器失调电压进行补偿方法，其步骤如下：
（1）模拟开关一K1关断，模拟开关二K2导通；
（2）数字调整单元输出CTRL=63，此时比较器的输出为低电平；
（3）数字调整单元每次将CTRL的值减去1，判断比较器输出，一直到比较器输出为高电平，CTRL停止变化；
（4）模拟开关一K1导通，模拟开关二K2关断。
符合所述数字调整单元补偿方法的具体电路有多种实现形式，属于公知技术，不再详述。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种比较器失调电压补偿电路，包括参考电压产生单元、数字调整单元、比较器、模拟开关一K1、模拟开关二K2、耦合电容C1，其特征是：所述参考电压产生单元的输出Vref通过所述模拟开关二K2和所述比较器的正端相连；所述参考电压产生单元的输出Vadj和所述比较器的负端相连；所述耦合电容C1通过所述模拟开一关K1和比较器正端相连；所述比较器输出连接所述数字调整单元；所述数字调整单元的输出连接所述参考电压产生单元，用于调节参考电压产生单元输出的电压Vadj。
2.根据权利要求1所述比较器失调电压补偿电路，其特征是：所述参考电压产生单元包括电压跟随器一U1、电压跟随器二U2、电压跟随器三U3、分压电阻R0-R63、分压电阻R64-R67、模拟多路选择器U4，分压电阻R64-R67包括R64、R65、R66、R67四个电阻，其中电阻R65和R66的电阻值相等，电阻R64的一端接地，R67的一端接电源VCC ，电阻R64、R65、R66、R67依次首尾相连形成对电源VCC的分压电阻串；电压跟随器二U2的正端连接在电阻R65和R66的连接点；电压跟随器二U2的输出信号为Vref；电压跟随器三U3的正端连接电阻R66和R67的连接点，电压跟随器一U1的正端连接电阻R64和R65的连接点；分压电阻R0-R63包括64个阻值相同的电阻，电阻R0的一端连接电源跟随器一U1的输出，电阻R63的一端连接电源跟随器三U3的输出，R0-R63依次首尾相连形成对电压跟随器一、三U1、U3输出电压的分压电阻串；模拟多路选择器U4的64个电压输入端分别连接电阻R0-R63分压形成的64个电压节点，所述模拟多路选择器U4的数字控制端CTRL受所述数字调整单元的控制，输出为Vadj。
3.根据权利要求1所述一种比较器失调电压补偿电路的补偿方法，其特征是：包括以下步骤：
（1）模拟开关一K1关断，模拟开关二K2导通；
（2）数字调整单元输出CTRL=63，此时所述比较器的输出为低电平；
（3）数字调整单元每次将CTRL的值减去1，判断比较器输出，一直到比较器输出为高电平，CTRL停止变化；
（4）模拟开关一K1导通，模拟开关二K2关断。
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