CN110166053A - 特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置，包括取样模块、第一电阻R1、第一反馈电阻Rf1、运算放大器OPA、第二反馈电阻Rf2、比较器CMP、8位数模转换器、加法器、输出寄存器、低功耗8位逐次逼近型模块SAR、第二电阻R2、第三电阻R3、选择开关S、时钟源模块、控制单元；本发明能够将特定范围内的输入信号，经过信号处理，提高该范围内输入信号的分辨率，又不降低模数转换的速度，以达到改善整个系统的控制精度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路测试领域，特别是一种特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置。
背景技术
随着大规模集成电路的发展，数字信号处理技术的应用范围也随之迅速扩大。然而，自然存在的物理量基本上都是一些模拟量，要进行数字处理就必须通过A/D(模数)及D/A(数模)转换器这一过渡的桥梁。在A/D转换器中，其分辨率是非常关键的，它取决于输入信号的范围，转换后的位数。目前的A/D转换器都只能对输入的信号的整个范围进行转化。例如一个400V输出电压的稳压电源，当采用8位的A/D转换器转换输出电压，则其输出电压的分辨率只有1.5625V，其分辨率较低，在控制精度要求较高的场合，该分辨率显然不够。虽然可以采用提高转换位数的方法来提高A/D转换器分辨率，但是价格和转换速度则是一个需要考虑的问题。实际控制中遇到的大多数情况是，对特定范围内的参考信号的A/D转换精度要求较高，而该范围外的A/D转换精度要求则相对较低。如上述的400V输出电压的稳压电源，如果仅对390V至410V这一电压范围进行转换，同样采用8位A/D转换器，此时，其输出电压的分辨率高达0.078125V，对于400V的输出电压，其分辨率非常之高，在大多数情况下，该分辨率足以满足控制精度的要求。参照目前对整个信号输入范围转换的A/D转换器，该分辨率相当于12.5位的A/D转换器的分辨率。同时上述的转换，对于390V以下和410V以上的电压，则仍然可采用8位A/D转换器，因为在该电压范围内，稳压电源的输出电压只是过渡过程而已，转换的分辨率要求不高。因此，设计一种对输入信号的特定范围进行A/D转换的装置，利用较低的转换位数达到较高的检测精度，对模数转换装置的发展，具有重要的理论指导意义和实际的工程使用价值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置，特别是特定范围内的输入信号，经过信号处理，提高该范围内输入信号的分辨率，又不降低模数转换的速度，以达到改善整个系统的控制精度的目的。
本发明采用以下方案实现：一种特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置，包括取样模块、第一电阻R1、第一反馈电阻Rf1、运算放大器OPA、第二反馈电阻Rf2、比较器CMP、8位数模转换器、加法器、输出寄存器、低功耗8位逐次逼近型模块SAR、第二电阻R2、第三电阻R3、选择开关S、时钟源模块、控制单元；所述选择开关S包括一个固定端以及两个活动端；
所述取样模块的输入端连接输入信号，所述取样模块的输出端连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端分别连接第一反馈电阻Rf1的一端、运算放大器OPA的正输入端，第一反馈电阻Rf1的另一端接地，运算放大器OPA的负输入端分别连接第二反馈电阻Rf2的一端、选择开关S的固定端，运算放大器OPA的输出端与第二反馈电阻Rf2的另一端相连并连接至比较器CMP的正输入端；所述选择开关S的其中一个活动端经第二电阻R2连接至第一基准电压Vref1，另一个活动端经第三电阻R3接地，所述选择开关S与控制单元相连并受其控制，所述的低功耗8位逐次逼近型模块SAR的输入端连接至控制单元的输出端，所述低功耗8位逐次逼近型模块SAR的输出端分别连接至输出寄存器的输入端、8位数模转换器的第一输入端，输出寄存器的输出端为信号输出端，8位数模转换器的第二输入端连接至第二基准电压Vref2，8位数模转换器的输出端连接加法器的第一输入端，加法器的第二输入端输入半个步长的误差，加法器的输出端连接比较器CMP的负输入端，比较器CMP的输出端连接控制单元的第一输入端，控制单元的第二个输入端与时钟源模块相连，控制单元的第三个输入端连接至启动信号。
进一步地，所述控制单元为单片机。
进一步地，所述第一R1的阻值等于第二R2的阻值，所述第一反馈电阻Rf1的阻值等于第二反馈电阻Rf2的阻值，所述第三R3的阻值等于Rf1*Rf2/R1。
进一步地，本发明还提供一种基于特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置的控制方法：
当控制单元不输出控制信号S时，所述选择开关S的活动端通过第三电阻R3接地，运算放大器OPA的输出信号Vo与输入信号Vi相同，此时8位数模转换器的分辨率为：
当控制单元输出控制信号S时，所述选择开关S的活动端通过第二电阻R2连接至基准电压Vref1，运算放大器OPA的输出信号为：
此时，8位数模转换器的分辨率为：
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明能够将特定范围内的输入信号，经过信号处理，提高该范围内输入信号的分辨率，又不降低模数转换的速度，以达到改善整个系统的控制精度的目的。
附图说明
图1是本发明实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置包括取样模块、第一电阻R1、第一反馈电阻Rf1、运算放大器OPA、第二反馈电阻Rf2、比较器CMP、8位数模转换器、加法器、输出寄存器、低功耗8位逐次逼近型模块SAR、第二电阻R2、第三电阻R3、选择开关S、时钟源模块、控制单元；所述选择开关S包括一个固定端以及两个活动端；
所述取样模块的输入端连接输入信号，所述取样模块的输出端连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端分别连接第一反馈电阻Rf1的一端、运算放大器OPA的正输入端，第一反馈电阻Rf1的另一端接地，运算放大器OPA的负输入端分别连接第二反馈电阻Rf2的一端、选择开关S的固定端，运算放大器OPA的输出端与第二反馈电阻Rf2的另一端相连并连接至比较器CMP的正输入端；所述选择开关S的其中一个活动端经第二电阻R2连接至第一基准电压Vref1，另一个活动端经第三电阻R3接地，所述选择开关S与控制单元相连并受其控制，所述的低功耗8位逐次逼近型模块SAR的输入端连接至控制单元的输出端，所述低功耗8位逐次逼近型模块SAR的输出端分别连接至输出寄存器的输入端、8位数模转换器的第一输入端，输出寄存器的输出端为信号输出端，8位数模转换器的第二输入端连接至第二基准电压Vref2，8位数模转换器的输出端连接加法器的第一输入端，加法器的第二输入端输入半个步长的误差，加法器的输出端连接比较器CMP的负输入端，比较器CMP的输出端连接控制单元的第一输入端，控制单元的第二个输入端与时钟源模块相连，控制单元的第三个输入端连接至启动信号。
在本实施例中，所述控制单元为单片机。
在本实施例中，所述第一R1的阻值等于第二R2的阻值，所述第一反馈电阻Rf1的阻值等于第二反馈电阻Rf2的阻值，所述第三R3的阻值等于Rf1*Rf2/R1。
较佳的，本实施例还提供一种基于特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置的控制方法：
当控制单元不输出控制信号S时，所述选择开关S的活动端通过第三电阻R3接地，运算放大器OPA的输出信号Vo与输入信号Vi相同，此时8位数模转换器的分辨率为：
当控制单元输出控制信号S时，所述选择开关S的活动端通过第二电阻R2连接至基准电压Vref1，运算放大器OPA的输出信号为：
此时，8位数模转换器的分辨率为：
特别的，本实施例的控制方法，当控制单元不输出控制信号S时，所述选择开关S的活动端也可以通过第二电阻R2连接至基准电压Vref1，运算放大器OPA的输出信号为：
此时，8位数模转换器的分辨率为：
当控制单元输出控制信号S时，所述选择开关S的活动端通过第三电阻R3接地，运算放大器OPA的输出信号Vo与输入信号Vi相同，此时8位数模转换器的分辨率为：
较佳的，本实施例的具体实施方案如下：如一个常用的输入信号为0V～5V的，8位模数转换器，0V～5V的输入信号对应电源输出电压范围为0V～400V。Vref1电压为4.75V，对应的输出电压为380V。Vref2电压为5V，对应的输出电压为400V。Rf1＝Rf2＝20R1＝20R2，R3＝400R1。当输入的转换信号为3.75V，对应输出电压为300V时。由于3.75V<4.75V。控制单元不输出控制信号，选择开关S的活动端通过第三电阻R3接地，此时运算放大器OPA的输出信号Vo与输入信号Vi相同，即3.75V，特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置输出的数字信号为0C0H，该模式数模转换器的分辨率为：1.5625V。当控制单元检测到输入信号Vi进入特定范围后，如输入的转换信号对应电压为4.85V，对应输出电压为388V时，由于4.85V>4.75V，控制单元输出控制信号，选择开关S的活动端通过第二电阻R2连接至基准电压Vref1，运算放大器OPA的输出信号为20*0.1＝2V，特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置输出的数字信号为066H，该模式数模转换器的分辨率为：0.078125V。
所以特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置在0V～380V的范围内，分辨率为1.5625V，仍然为8位的模数转换装置。但是在380V～400V的范围内，分辨率为0.078125V，相当于12.5位的模数转换装置，而且转换速度保持不变。由此可见，本发明的特定范围模数转换器在特定的信号范围的，提高了信号的分辨率，又不降低模数转换的速度，达到改善系统的控制精度的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置，其特征在于：包括取样模块、第一电阻R1、第一反馈电阻Rf1、运算放大器OPA、第二反馈电阻Rf2、比较器CMP、8位数模转换器、加法器、输出寄存器、低功耗8位逐次逼近型模块SAR、第二电阻R2、第三电阻R3、选择开关S、时钟源模块、控制单元；所述选择开关S包括一个固定端以及两个活动端；
所述取样模块的输入端连接输入信号，所述取样模块的输出端连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端分别连接第一反馈电阻Rf1的一端、运算放大器OPA的正输入端，第一反馈电阻Rf1的另一端接地，运算放大器OPA的负输入端分别连接第二反馈电阻Rf2的一端、选择开关S的固定端，运算放大器OPA的输出端与第二反馈电阻Rf2的另一端相连并连接至比较器CMP的正输入端；所述选择开关S的其中一个活动端经第二电阻R2连接至第一基准电压Vref1，另一个活动端经第三电阻R3接地，所述选择开关S与控制单元相连并受其控制，所述的低功耗8位逐次逼近型模块SAR的输入端连接至控制单元的输出端，所述低功耗8位逐次逼近型模块SAR的输出端分别连接至输出寄存器的输入端、8位数模转换器的第一输入端，输出寄存器的输出端为信号输出端，8位数模转换器的第二输入端连接至第二基准电压Vref2，8位数模转换器的输出端连接加法器的第一输入端，加法器的第二输入端输入半个步长的误差，加法器的输出端连接比较器CMP的负输入端，比较器CMP的输出端连接控制单元的第一输入端，控制单元的第二个输入端与时钟源模块相连，控制单元的第三个输入端连接至启动信号。
2.根据权利要求1所述的特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置，其特征在于：所述控制单元为单片机。
3.根据权利要求1所述的特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置，其特征在于：所述第一R1的阻值等于第二R2的阻值，所述第一反馈电阻Rf1的阻值等于第二反馈电阻Rf2的阻值，所述第三R3的阻值等于Rf1*Rf2/R1。
4.一种基于权利要求1-2任一项所述的特定范围高精度逐次逼近型8位模数转换装置的控制方法，其特征在于：
当控制单元不输出控制信号S时，所述选择开关S的活动端通过第三电阻R3接地，运算放大器OPA的输出信号Vo与输入信号Vi相同，此时8位数模转换器的分辨率为：
当控制单元输出控制信号S时，所述选择开关S的活动端通过第二电阻R2连接至基准电压Vref1，运算放大器OPA的输出信号为：
此时，8位数模转换器的分辨率为：
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