CN105007076A - 一种过采样数模转换器的失配自动矫正电路 - Google Patents

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刘惠博
李继鹏
林建清
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Abstract

本发明一种过采样数模转换器的失配自动矫正电路，由探头、信号采集模块、积分器、量化器、数字信号输出模块、参数反馈及偏移量模块、状态机组成，探头检测初始信号输入到信号采集模块，由状态机控制信号采集模块的采集时序，同时状态机控制偏移信号采集模块模拟系统失配，然后信号采集模块输出信号到积分器，状态机控制积分器矫正失配参数后，通过量化器输出数字信号及偏移信号到数字信号输出模块，同时将数字信号反馈至参数反馈及偏移量模块。通过本发明的结构设置，能够有效地提高对模数转换器的器件适配参数矫正的准确性和精度，并且对温度变化导致的漂移进行有效遏制，降低了芯片的面积，使整个电子元件的成本降低。

Description

一种过采样数模转换器的失配自动矫正电路
技术领域
本发电子电路领域，更具体的是一种过采样数模转换器的失配自动矫正电路。
背景技术
模数转换器是工业测量和控制等领域中的重要器件。 通常， 按设计架构将它们分为5种基本的类型:                                                 型、逐次逼近型、子范围( subrange) 型、管线型( pipelined) 和Flash 型。 在这5种类型的ADC 中， 型因其采用了过采样和数字滤波技术而显得别具一格。长期以来, 由于对它的不了解, 一些电路设计者往往忽视了对 型ADC 的使用。 但型ADC 的高分辨率， 高性价比和低功耗等优点使它在直流和低频信号的测量中有着较为突出的表现。
模数转换器可分为数字和模拟两大部分。如图1所示，模拟部分是一个调制器, 以远大于奈奎斯特频率的采样率对模拟信号进行采样和量化，输出一位的数字位流。 数字部分是一个数字滤波器， 实现低通滤波和减取样的功能。 作用是滤除大部分经过调制器整形后的量化噪声， 并对一位的数据位流进行减取样，得到最终的量化结果。
 模数转换器对模拟信号的数字化在调制器这一部分完成. 它把模拟信号用增量调制的方法量化成一位的串行数字位流。调制器由差值 的求和单元，一阶或多阶积分器 ，量化器和一个一位的数模转换器组成。 一阶的调制器结构如图2 所示。
在图2中X 是要转换的模拟信号采样值，D是已经采样量化了的一位数字串行位流量化过程是:输入信号X 与反馈信号W 反相求和， 得到量化的误差信号B。误差信号B 进入积分器积分，输出的信号C 输入至量化器进行量化，得到由0 和1 组成的数字序列D。 数字序列D 又经过一位的数模转换器( DAC) 反馈至求和节点，形成闭合的反馈环路。由反馈理论可知，反馈环路将强迫输出数字系列D 对应的模拟平均值等于输入信号的采样X 的平均值. 如果采样值X 的采样率满足采样定理, 即等于或大于奈奎斯特频率，这时的数字输出系列D 就是它对应的数字转换。在实际中， 调制器这一部分以远大于奈奎斯特频率的速度进行采样和量化。
目前传统的 模数转换器运用OTP(单次编程）来对电路中的器件失配参数进行矫正，如图3，方法一，通过对反馈模数和偏移模块控制，方法二是通过对积分器控制，但这两种方法对于高精度的传感器来说存在缺陷：（1）一旦OTP把寄存器的参数设置好后，温度变化导致的漂移没法阻止；（2）很多传感器专用芯片需要能够检测nA到pA级电流，OTP矫正没法实现这种精度；（3）OTP增加了较多的芯片面积，使传感器芯片和传感器本身成本更高。
发明内容
1、本发明的目的。
为了提高对模数转换器的器件适配参数矫正的准确性和精度，减少芯片的面积，降低成本，而提出了一种过采样数模转换器的失配自动矫正电路。
2、本发明所采用的技术方案。
过采样数模转换器的失配自动矫正电路由探头、信号采集模块、积分器、量化器、数字信号输出模块、参数反馈及偏移量模块、状态机组成，探头检测初始信号输入到信号采集模块，由状态机控制信号采集模块的采集时序，同时状态机控制偏移信号采集模块模拟系统失配，然后信号采集模块输出信号到积分器，状态机控制积分器矫正失配参数后，通过量化器输出数字信号及偏移信号到数字信号输出模块，同时将数字信号反馈至参数反馈及偏移量模块。
更进一步，所述的状态机中有时钟产生模块，通过时钟产生模块将产生采集时序控制信号采集模块。
更进一步，所述的积分器输出的信号通过量化器量化，所述的量化器为比较器。
更进一步，所述的量化器为多位量化器。
更进一步，所述的信号采集以远大于奈奎斯特频率的速度进行采样。
更进一步，所述的量化器以远大于奈奎斯特频率的速度进行量化。
更进一步，所述的数字信号输出模块将偏移量数字信号剔除。
更进一步，所述的状态机控制积分器的状态机为有限状态机。
更进一步，所述的状态机以二维时序编码对采集模块进行控制。
3、本发明的有益效果。
（1）通过本发明的结构设置，能够有效地提高对模数转换器的器件适配参数矫正的准确性和精度；
（2）通过本发明的结构设置，能够对温度变化导致的漂移进行有效遏制；
（3）降低了芯片的面积，使整个电子元件的成本降低。
附图说明
图1为现有技术中的逻辑电路图。
图2为现有技术中的电路简图。
图3为现有技术中的解决方案。
图4为本发明的电路逻辑图。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。
实施例1
如图4所示，过采样数模转换器的失配自动矫正电路由探头、信号采集模块、积分器、量化器、数字信号输出模块、参数反馈及偏移量模块、状态机组成，探头检测初始信号输入到信号采集模块，由状态机控制信号采集模块的采集时序，同时状态机控制偏移信号采集模块模拟系统失配，然后信号采集模块输出信号到积分器，状态机控制积分器矫正失配参数后，通过量化器输出数字信号及偏移信号到数字信号输出模块，同时将数字信号反馈至参数反馈及偏移量模块。
所述的状态机中有时钟产生模块，通过时钟产生模块将产生采集时序控制信号采集模块。积分器输出的信号通过量化器量化，所述的比较器为多位量化器。
所述的信号采集以远大于奈奎斯特频率的速度进行采样；量化器以远大于奈奎斯特频率的速度进行量化。
所述的数字信号输出模块将偏移量数字信号剔除。述的状态机控制积分器的状态机为有限状态机。所述的状态机以二维时序编码对采集模块进行控制。
实施例2
具体量化器为比较器，过采样数模转换器的失配自动矫正电路由探头、信号采集模块、积分器、比较器、数字信号输出模块、参数反馈及偏移量模块、状态机组成，探头检测初始信号输入到信号采集模块，由状态机控制信号采集模块的采集时序，同时状态机控制偏移信号采集模块模拟系统失配，然后信号采集模块输出信号到积分器，状态机控制积分器矫正失配参数后，通过比较器输出数字信号及偏移信号到数字信号输出模块，同时将数字信号反馈至参数反馈及偏移量模块。

Claims (9)

1.一种过采样数模转换器的失配自动矫正电路，其特征在于：由探头、信号采集模块、积分器、量化器、数字信号输出模块、参数反馈及偏移量模块、状态机组成，探头检测初始信号输入到信号采集模块，由状态机控制信号采集模块的采集时序，同时状态机控制偏移信号采集模块模拟系统失配，然后信号采集模块输出信号到积分器，状态机控制积分器矫正失配参数后，通过量化器输出数字信号及偏移信号到数字信号输出模块，同时将数字信号反馈至参数反馈及偏移量模块。
2.根据权利要求1所述的过采样数模转换器的失配自动矫正电路，其特征在于：所述的状态机中有时钟产生模块，通过时钟产生模块将产生采集时序控制信号采集模块。
3.根据权利要求1所述的过采样数模转换器的失配自动矫正电路，其特征在于：所述的积分器输出的信号通过量化器量化，所述的量化器为比较器。
4.根据权利要求1或3所述的过采样数模转换器的失配自动矫正电路，其特征在于：所述的量化器为多位量化器。
5.根据权利要求1所述的过采样数模转换器的失配自动矫正电路，其特征在于：所述的信号采集以远大于奈奎斯特频率的速度进行采样。
6.根据权利要求1或4所述的过采样数模转换器的失配自动矫正电路，其特征在于：所述的量化器以远大于奈奎斯特频率的速度进行量化。
7.根据权利要求1所述的过采样数模转换器的失配自动矫正电路，其特征在于：所述的数字信号输出模块将偏移量数字信号剔除。
8.根据权利要求1所述的过采样数模转换器的失配自动矫正电路，其特征在于：所述的状态机控制积分器的状态机为有限状态机。
9.根据权利要求8所述的过采样数模转换器的失配自动矫正电路，其特征在于：所述的状态机以二维时序编码对采集模块进行控制。
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PB01 Publication
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