CN1053718A

CN1053718A - 积分式模-数转换器的基准电压自动控制器

Info

Publication number: CN1053718A
Application number: CN90108942A
Authority: CN
Inventors: 方三龙
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-11-03
Publication date: 1991-08-07
Also published as: KR920009206B1; DE4034680C2; DE4034680A1; US5157400A; JPH03235526A; KR910015126A; JPH0834430B2; CN1017854B

Abstract

一种积分式模-数转换器的基准电压自动控制器，包括一基准电压切换电路、一输入电压切换电路、一密勒积分器、一比较电路、一逻辑电路和一基准电压自动控制装置，用以减少积分式模-数转换器的输出误差。按照本发明，数字输出信号因积分式模-数转换器的极限误差而引起的误差可通过基准电压的自动控制而减小。

Description

积分式模-数转换器的基准电压自动控制器

本发明涉及一种数字式万用表的模-数转换器，更具体地说，涉及一种积分式模-数转换器的基准电压自动控制器，这种基准电压自动控制器能将积分式模-数转换器的基准电压自动控制得能减小万用表因积分式模-数转换器中密勒积分器放大器的极限误差所引起的输出误差。

在图1所示的普通积分式模-数转换器中，基准电压切换电路1用以切换基础电压VC和基准电压VREF。输入电压切换电路2用以切换输入电压VIN、基础电压VC和基准电压VREF。基准电压切换部分1和输入电压切换部分2分别连接到密勒积分器3的运算放大器OP的同相端(+)和倒相端(-)上。

基准电压切换电路1有两个开关S1和S4，输入电压切换电路2有3个开关S2、S3和S5。

密勒积分器3的输出端连接到比较电路4，前者包括放大器OP、电阻器R和两个电容器C1和C2。比较电路4用以将基准电压切换电路1提供的基准电压与密勒积分器3的输出电压VO进行比较。比较电路4包括比较器COMP1和反馈开关S6。比较电路4的输出端连接到逻辑电路5，使比较电路4的输出贮存在逻辑电路5中以便在模-数转换之后作为数字信号提供。

在该积分式模-数转换器中，基准电压切换电路1中的开关S1和输入电压切换电路2中的开关S2同时接通，历时预定时间T1，如图2A中所示。也就是说，密勒积分器3的基准电压(+)是和基础电压VC一起加上的，且电阻器R和电容器C1中没有电流流过。因此，密勒积分器3中放大器OP的输出电压VO与基础电压VC相等。

密勒积分器3的输出电压VO系加到比较电路4中比较器COMP1的同相端(+)上，并与加到比较器COMP1的倒相端(-)上的基础电压VC进行比较。比较部分4提供基础电压VC，这时比较电路4中的反馈开关S6接通，从而使比较部分4提供的基础电压VC存储在逻辑电路部分5中。

另一方面，基准电压切换部分1中的开关S1和输入电压切换电路2中的开关S3同时接通历时预定的时间T2。于是基准电压切换电路1的输出基础电压VC就这样保持不变，输入电压切换电路2的输出则变为输入电压VIN。这样，电阻器R和电容器C1中就有电流通过，且密勒积分器3的输出电压VO可用时间的线性函数表示，如图2B中所示。即

VO = - \frac{VIN}{RC 1} t \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot (T 1 < t < T 2)

输出电压VO的最终值变为

VC - \frac{VIN . T 2}{RC 1}

密勒积分器3的输出电压VO与比较电路4中的基础电压VC进行比较，于是比较器COMP1的输出处于低电平状态，如图2C(A)所示。比较电路4的低电平输出贮存在逻辑电路5中。

图2C(B)示出了输入电压VIN的电压值是小于基础电压VC的负值时密勒积分器3的输出电压VO。在图2B(B)中，输出电压VO以如下的线性函数表示：

VO = \frac{VIN}{RC 1} t \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot (T 1 < t < T 2)

其中最大值为(VIN/RC1)T2。密勒积分器3的输出电压VO系加到比较电路4上，且以高电平状态提供，如图2C(B)所示。

另一方面，基准电压切换电路1中的开关S4与输入电压切换电路2中的开关S2同时接通，历时预定时间T3，如图2A中所示。也就是说，密勒积分器3的基准电压成为基础电压VC与基准电压VREF的和，同时输入电压VIN为基础电压VC。

图2B(A)示出了密勒积分器3输出电压VO的线性时间函数，其中

VO = VREF + \frac{1}{RC 1} (VREF) t \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot (T 2 < t < T 3)

同样，密勒积分器3的输出与比较电路4中的参考电压进行比较，然后供到逻辑电路5中存储起来，从而使比较电路5提供数字输出。

相反，若在历时预定时间T3中接通的是基准电压切换电路1中的开关S1和输入电压切换电路2中的开关S5，而不是开关S2和S4，密勒积分器3上供有输入电压VREF+VC。于是密勒积分器3的输出电压VO可表示如下：

VO = VC - \frac{VREF}{RC 1} t \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot (T 2 < t < T 3)

此外，密勒积分器3的输出电压VO也加到比较部分4上，以便与基准电压Vt进行比较，并以高电平状态提供。

图2B示出了所有的预定时间T1-T3。数字输出信号是通过重复上述步骤提供的。但这里有这样一个问题，即数字输出信号由于密勒积分器3中放大器OP的极限误差而不能精确地与输入电压VIN一致。为解决这个问题，必须相应地手动控制基准电压VREF。

本发明的目的将提供积分式模-数转换器的一种能根据输入电压自动控制基准电压切换电路的基准电压的基准电压自动控制器。

按照本发明所提供的积分式模-数转换器的基准电压自动控制器包括一基准电压切换电路、一输入电压切换电路、一密勒积分器、一比较电路、一逻辑电路、和一基准电压自动控制装置，用以通过自动控制所述基准电压切换电路的基准电压来减小积分式模-数转换器因密勒积分器中放大器的极限误差所引起的输出误差。

从下面结合附图对最佳实施例所作的说明可以更清楚地了解本发明的上述和其它目的、特点和优点。附图中：

图1是普通积分式模-数转换器的详细电路图；

图2A是普通积分式模-数转换器的输入波形；

图2B是图1中所示的密勒积分器的输出波形；

图3是本发明积分式模-数转换器的基准电压自动控制器的详细电路图；

图4是图3所示的控制电路的详细电路图；

图5则是图3所示的分压器的详细电路图。

现在参照附图更详细地说明本发明的内容。

图3示出了本发明积分式模-数转换器的基准电压自动控制器。图3中，积分式模-数转换器100包括基准电压切换电路1、输入电压切换电路2、密勒积分器3、比较电路4和逻辑电路5。

基准电压自动控制装置200包括模-数转换器7、比较电路8、控制电路9和基准电压设定电路10。比较电路8包括分压器8-1和比较器COMP2。控制电路9包括一“与非”门、一递增/递减计数器9-1、一二进制计数器9-2、一边缘检测器和锁存器9-3和一“与门”。基准电压设定电路包括一恒压源10-1和一多路转换器10-2。

更详细地说，基准电压切换电路1是用以将基础电压VC与基准电源VREF相互转换，并连接得密勒积分器3中放大器OP的同相端(+)上。输入电压切换电路连接到放大器OP的倒相端，并从输入电压VIN、基准电压VREF和基础电压VC选择其输入电压。

基准电压切换电路1包括两个开关S1和S4，输入电压基准电路2包括3个开关S2、S3和S5。密勒积分器3包括放大器OP、电阻器R和两个电容器C1和C2。其次，比较电路4是用来将密勒积分器3的输出电压VO与基准电压切换电路1提供的基准电压进行比较，并连接到密勒积分器3的输出端。此比较电路4包括比较器COMP1和反馈开关S6。此外，比较电路4还连接有逻辑电路5，以便存储来自比较电路4的输出信号，并将其作为数字信号提供。另外，逻辑电路5的输出端还连接有一n位模-数转换器，用以将从m位数字信号中选择n位数字信号，将其转换成模拟信号。

另一方面，密勒积分器3的同相端(+)上连接有开关S1，S3，S4和S5，用以在基准电压VREF被作为密勒积分器3的基准电压自动加以控制时提供基准电源VREF。分压器8-1也连接到同相端(+)上，用以在开关SW2接通时对输入的基准电源VREF进行分压。

此外，模-数转换器7的输出端也与比较电路8的比较部分8-2连接起来，以便将模-数转换器7的输出电压与加到积分式模-数转换器100中基准电压切换电路1上的基准电压进行比较。

比较部分8-2连接到分压器8-1的输出端且包括一比较器COMP2。比较器COMP2与控制电路9和“与非”门连接，该“与非门”则由用于自动控制基准电压VREF的自动控制驱动信号和积分式模-数转换器100中逻辑电路5的输出信号T1所驱动。“与非”门的输出端与递增/递减计数器9-1连接，计数器9-1根据“与非”门的输出信号和比较部分8-2中比较器COMP2的输出信号Vstat递增或递减计数。

此外，二进制计数器9-2还与“与非”门和比较器COMP2的输出端相连接。其次，二进制计数器9-2上还连接有一边缘检测器和锁存器9-3，用以在延时之后提供二进制计数器9-2的输出信号。也就是说，边缘检查器和锁存器9-3的输出在基准电压VREF受到自动控制期间处于高电平状态，当基准电源VREF的自动控制完毕之后，该输出处于低电平状态。

边缘检测器和锁存器9-3的输出信号以及控制基准电源VREF的自动控制驱动信号分别加到“与”门的两个输入端上。若“与”门的输出信号TI处于高电平状态，则基准电源VREF加到密勒积分器3中放大器OP的倒相端(-)上，历时预定时间T2，如图2所示，若“与”门的输出信号TI处于低电平状态，则输入电压VIN加到放大器OP的倒相端(-)上，使放大器OP进入正常状态。

另一方面，多路转换器10-2介在提供N个基准电压的恒压源10-1与控制电路9中的递增/递减计数器9-1之间，从而选取n个基准电压的其中一个作为基准电压VREF。基准电压设定电路10包括恒压源10-1和多路转换器10-2。

来自基准电压设定电路10中多路转换器10-2的基准电压VREF加到基准电压切换电路1中的开关S4和输入电压切换电路2中的开关S5上。若控制电路9的输出信号TI处于高电平状态，则开关SW2接通，从而使基准电压VREF加到密勒积分器3上，历时预定时间T2，如图2所示。

此外，开关SW3介于输入电压切换电路2的开关S3与输入电压VIN的输入端子之间，用以根据控制电路9的输出信号 TI将输入电压VIN加到密勒积分器3的倒相端(-)上，历时预定时间T2。

在本发明中，若逻辑电路5提供数字信号，则驱使基准电压自动控制装置200自动控制基准电压VREF。于是就把加到控制电路9的自动控制驱动信号设定到高电平状态。

这时，控制电路9的初始设定信号就加到多路转换器10-2上，初始基准电压VREF1就加到积分式模-数转换器100上。这时控制电路9中“与非”门的输出就处于低电平状态，并加到二进制计数器9-2的时钟端CLK上。于是对二进制计数器9-2的驱动就停下来，同时边缘检测器和锁存器9-3的输出端转入低电平状态。

这时控制电路中“与”门的输出端就置于高电平状态，从而使连接到多路转换器10-2输出端的开关SW1和连接到开关SW1的开关SW2接通。这时开关SW3断开，从而使输入电压VIN不加到密勒积分器3的输入端子上，历时如图2所示的预定时间T2。于是初始基准电压VREF1加到积分式模-数转换器100中密勒积分器3的输入端上，历时时间T2。

另一方面，初始基准电压VREF1加到连接到开关SW2一端的分压器8-1，然后来自分压器8-1的输出VREF“加到比较器COMP1上，其中分压器8-1的输出电压VREF”由逻辑电路5的数值输出值与所选取的输出值的比较确定如下：

{VREF}^{'} = VREF 1 \times (\frac{n}{m})

此外，加到密勒积分器3的初始基准电压VREF1也作为数字信号通过积分式模-数转换器100中的逻辑电路5提供。该数字信号由n位模-数转换器7转换成模拟信号VREF′。

比较器COMP2将模-数转换器7的模拟电压VREF′与分压器8-1的输出电压进行比较，这时比较部分8-2的输出信号Vstat加到递增/递减计数器9-1上，从而使计数器9-1根据比较电路8的输出信号Vstat递增或递减计数。

因此，若输出信号VREF′大于模-数转换器7的输出信号VREF′，则比较部分8-2的输出信号Vstat处于高电平状态，而且递增/递减计数器9-1递减计数，因为初始基准电压VREF1被视为非常大。

但若模-数转换器7的输出信号VREF′小于分压器8-1的输出信号VREF′，则比较部分8-2的输出信号Vstat处于低电平状态，而且递增/递减计数器9-1递增计数，因为初始基准电压VREF1被视为非常小。

于是，控制电路9的输出信号就加到基准电压设定电路10中的多路转换器10-2上，由此，再次选取恒压源10-1的n个基准电压中的一个。此选取的基准电压加到积分式模-数转换器中的基准电压切换电路1上。重复这些步骤，直到分压部分8-1的输出电压VREF′与模-数转换器7的输出电压VREF′一致为止。

也就是说，若递增/递减计数器9-1递减计数，从而使基准电压设定电路10的基准输出电压下降，使分压器8-1的输出电压VREF′小于模-数转换器7的输出电压VREF′，则比较电路8中比较器COMP2的输出Vstat转入低电平状态，同时控制电路9中的递增/递减计数器9-1进入锁定状态。

同样，若递增/递减计数器递增计数器，从而使分压器8-1的输出电压VREF′大于输出电压VREF′，则比较器COMP2的输出信号Vstat转入高电平状态，同时递增/递减计数器9-2也进入锁定状态，这时多路转换器10-2的控制信号不变。此外，基准电压设定电路10的基准输出电压VREF不变。基准电压VREF被转换成数字信号，并加到积分式模-数转换器上。

积分式模-数转换器100的数字输出在模-数转换器7进行模-数转换之后加到比较电路8中的比较器COMP2上。若比较器COMP2的输出信号Vstat是可调的，则重置基准电压VREF，但若是固定不变的，则控制电路中边缘检测器和锁存器9-3的输出信号转入高电平状态，且“与”门处于低电平状态，从而使开关SW1和SW2断开。

另一方面，经由连接到“与”门的输出端的倒相器INV提供的倒相信号 TI使开关SW3接通。于是，输入电压VIN经由开关SW3加到积分式模-数转换器100上，从而使模-数转换器100正常工作。

如上所述，本发明能通过自动控制基准电压减少数字输出信号因积分式模-数转换器的极限误差而引起的误差。此外，只要把基准电压自动控制装置连接到普通积分式模-数转换器的输出级，本发明就可以广泛应用于普通的模-数转换器上。

本发明决不受上述实施例的限制。本领域的技术人员都知道，参照本发明的说明书是可以对本发明所公开的实施例和其它实施例进行种种修改的。因此，可以认为，本发明说明书所附的权利要求书包括任何这类修改或实施方案，因为它们都属于本发明的范围之内。

Claims

1.一种积分式模-数转换器的基准电压自动控制器，包括一基准电压切换电路、一输入电压切换电路-用以将固定的基础电压与可调的基准电压相互切换、一密勒积分器、一比较电路和一逻辑电路；其特征在于，对该基准电压自动控制器进行了下列改进：

一基准电压自动控制装置，用以通过自动控制所述基准电压切换电路的基准电压减少所述积分式模-数转换器因所述密勒积分器中放大器的极限误差引起的输出误差。

2.根据权利要求1的基准电压自动控制器，其特征在于，所述基准电压自动控制装置包括：

一数-模转换器，用以把所述积分式模-数转换器的数字输出信号转换成模拟信号；

一比较电路，用以将所述数-模转换器的输出与加到所述基准电压切换电路的基准电压进行比较；

一基准电压设定电路，用以提供各种基准电压；

一控制电路，用以由所述比较电路的输出信号控制基准电压设定电路的基准电压；

一开关，用以切断连接到基准电压设定电路的输出端和积分式模-数转换器100的输入端的输入电压，从而在基准电压自动控制过程中切断来自所述积分式模-数转换器的输入电压；和

一个使积分式模-数转换器正常工作的开关，该开关将所述输入电压在基准电压自动控制之后加到所述积分式模-数转换器上。

3.根据权利要求2所述的基准电压自动控制器，其特征在于，所述比较电路包括：

一开关，响应于切断输入电压用的所述开关的接通而被接通；

一分压器；连接到所述开关的输出端上，使积分式模-数转换器正常工作，从而对加到所述积分式模-数转换器，的所述基准电压进行分压，以及

一比较器，用以将所述数-模转换器的输出与所述分压器的输出进行比较。

4.根据权利要求2所述的基准电压自动控制器，其特征在于，所述控制电路包括：

一“与非”门，由所述积分式模-数转换器中所述逻辑电路提供的计时信号和自动控制驱动信号来驱动；

一递增/递减计数器，用以根据所述比较电路的输出给所述基准电压设定电路提供控制信号；

一二进制计数器，连接到所述“与非”门的输出端，用以对所述“与非”门的输出进行计数；

一边缘检测器和锁存器，用以在基准电压自动控制期间提供高电平信号，而为所述积分式模-数转换器的正常工作提供低电平信号；和

一“与”门，连接到所述边缘检测器和锁存器以及所述比较电路上。

5.根据权利要求2所述的基准电压自动控制器，其特征在于，所述基准电压设定电路包括：

一恒压源，用以提供多个参考电压；和

一多路转换器，用以根据所述控制电路的输出从所述恒压源选取所述基准电压的其中一个。

6.根据权利要求2所述的基准电压自动控制器，其特征在于，用微计算机代替所述模-数转换器，所述比较电路和所述控制电路。