CN114499526A - 模数转换电路 - Google Patents

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Abstract

公开了一种模数转换电路，其设置第一多路选择电路选择向转换模块输出的模拟信号，设置第二多路选择电路选择向转换模块输出的参考电压信号。本发明提供的模数转换电路可根据输出的模拟信号的类型选择相应的参考电压信号参与模数转换，提高了模数转换对多种模拟信号的模数转换的精度，可通过单个转换模块实现对多种模拟信号的高精度的模数转换，硬件资源需求小，成本低，且通过多路选择电路硬件实现选择，可支持高采样率。

Description

模数转换电路
技术领域
本发明涉及电子系统技术领域，具体地，涉及模数转换电路。
背景技术
模/数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)是将电压、电流、温度或者图像等连续的模拟量与标准量比较处理后，转换成以二进制表示的数字量的设备。其精度和成本很大程度上影响了实际系统的性能和成本。
ADC工作需要一个参考模拟量作为转化的标准，也叫ADC的参考电压。比较常见的参考电压为最大的可转换信号大小，而输出的数字量则表示输入信号相对于参考电压的大小。参考电压选择通常可以分成两种：外部参考电压和内部参考电压。
外部参考电压即ADC根据外部的电源电压提供一个标准电压作为参考，其跟随外部的电源电压的波动而变化，可抵消外部的电源电压的波动的影响，适用于作为受外部的电源电压影响的模拟信号的模数转换；内部参考电压即ADC内部通过电路设计产生的一个标准的基准电压作为参考，外部的电源电压合理范围内的波动不会引起内部参考电压的电压波动，适用于不受外部的电源电压影响的模拟信号的模数转换。
在实际应用中，针对不同的模拟信号，需要选择不同的参考电压，在现有技术中，通过增加ADC的数量或通过软件控制参考电压的切换，但多个ADC同时仅部分工作，造成资源浪费，软件控制的采样频率低，性能不足。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种模数转换电路，从而硬件实现参考电压的切换，保障采样频率，保障模数转换性能。
根据本发明的一方面，提供一种模数转换电路，包括：第一多路选择电路，具有被配置为接收多路模拟信号的多个输入端，其中所述第一多路选择电路根据通道选择信号将选定的模拟信号进行输出；第二多路选择电路，具有被配置为接收多路参考电压信号的多个输入端，其中所述第二多路选择电路基于所述通道选择信号，将与所述选定的模拟信号对应的参考电压信号作为选定的参考电压信号进行输出；以及转换模块，被配置为接收所述选定的模拟信号和所述选定的参考电压信号，并根据所述选定的参考电压信号将所述选定的模拟信号转换成数字信号。
可选地，所述模数转换电路还包括：第三多路选择电路，具有被配置为接收多路参考电压选择信号的多个输入端，所述第三多路选择电路根据所述通道选择信号将选定的参考电压选择信号进行输出，所述第二多路选择电路根据所述选定的参考电压选择信号选择相应的参考电压信号进行输出。
可选地，所述第三多路选择电路的多个输入端与所述第一多路选择电路的多个输入端一一对应。
可选地，所述多路模拟信号至少包括第一类模拟信号和第二类模拟信号，所述第一类模拟信号为与电源电压相关的信号，所述第二类模拟信号为与电源电压无关的信号。
可选地，所述多路参考电压信号至少包括与电源电压相关的外部参考电压信号，以及与电源电压无关的内部参考电压信号。
可选地，所述通道选择信号具有：第一逻辑状态，用于使所述第一多路选择电路选择所述第一类模拟信号作为选定的模拟信号并且使所述第二多路选择电路选择所述外部参考电压信号作为选定的参考电压信号；和第二逻辑状态，用于使所述第一多路选择电路选择所述第二类模拟信号作为选定的模拟信号并且使所述第二多路选择电路选择所述内部参考电压信号作为选定的参考电压信号。
可选地，所述通道选择信号为与所述第一多路选择电路的多个输入端为二进制编码关系的多位数字信号。
可选地，所述第一多路选择电路根据所述通道选择信号开通对应编号的输入端对应的通道；所述第二多路选择电路根据所述通道选择信号的最低位或其它任意位的值开通对应编号的输入端对应的通道。
可选地，所述多位数字信号的位数与所述第一多路选择电路的通道数量匹配。
可选地，所述模数转换电路还包括：软件可配置控制寄存器，用于根据所述第一多路选择电路的各输入端接收的各模拟信号的类型，向所述第三多路选择电路的各输入端提供所述多路参考电压选择信号。
本发明提供的模数转换电路设置第一多路选择电路选择向转换模块输出的模拟信号，设置第二多路选择电路选择向转换模块输出的参考电压信号，可根据输出的模拟信号的类型选择相应的参考电压信号参与模数转换，提高模数转换对多种模拟信号的模数转换精度，其通过单个转换模块实现对多种模拟信号的高精度的模数转换，硬件资源需求小，成本低。且通过多路选择电路硬件实现选择，可支持高采样率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据现有技术的第一类模拟信号的采样电路的结构示意图；
图2示出了根据现有技术的第二类模拟信号的采样电路的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的模数转换电路的结构示意图；
图4示出了根据本发明另一实施例的模数转换电路的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1示出了第一类模拟信号的采样电路的结构示意图。
参照图1，该采样电路例如为温度传感器采样电路，第二电阻器R2和第一电阻器R1依次串联在电压源VDD与地GND之间，第二电阻器R2为温敏电阻器，采样电压VAD1＝VDD×R1/(R1+R2)，当温度稳定时，R1和R2电阻值不变，采样电压VAD1会随电压源VDD提供的电源电压的波动而波动，对应根据电源电压进行分压获得参考电压，可抵消电压源的部分波动影响，保障采样电压VAD1的模数转换精度，保障对第二电阻器R2的阻值的计算，保障温度采样精度。
采样电压VAD1容易受到电源电压VDD的影响，如果采用内部基准电压作为参考电压，由于内部参考电压与电源电压VDD无关，基准电压保持不变，而实际的电源电压的波动会导致采样电压VAD1的波动，则采样电压VAD1随电源电压的波动对第二电阻器R2的阻值的计算的影响较大，影响采样温度的精度，所以采样这一类与电源电压有关的模拟信号时，适合使用外部参考电压作为ADC基准电压。
图2示出了第二类模拟信号的采样电路的结构示意图。
参照图2，在本实施例中，运算放大器U1的同相输入端通过第六电阻器R6接地，通过第五电阻器R5连接至采样电阻器Rs的一端，反相输入端通过第三电阻器R3连接至采样电阻器Rs的另一端，通过第四电阻器R4连接至输出端，在输出端提供采样电压VAD2，将待处理电流I转换为采样电压VAD2，采样电压VAD2＝Gain×Rs×I，其中，Gain＝R4/R3＝R6/R5，Rs为采样电阻器Rs的阻值，R3、R4、R5、R6对应第三电阻器R3、第四电阻器R4、第五电阻器R5和第六电阻器R6的电阻值。
其中，转换的采样电压VAD2在Gain和Rs不变的情况下，仅与待处理电流I有关，对此使用基准电压源提供参考电压，使采样电压VAD2和参考电压均为稳定的准确值，保障采样电压VAD2的模数转换精度，保障对待处理电流I的检测精度。
采样电压VAD2与电源电压无关，如果采用外部电源电压提供的参考电压，由于采样电压VAD2为准确值，而参考电压会随着电源电压的波动而波动，则采样电压VAD2的模数转换结果准确度降低，进而降低对待处理电流I的检测精度，因此采样这一类与电源电压无直接关系的信号时，适合使用内部参考电压作为ADC基准电压。
图3示出了根据本发明实施例的模数转换电路的结构示意图。
参照图3，本发明实施例的模数转换电路100包括一个转换模块110，根据接收的模拟信号VADX和参考电压信号VREF，将模拟信号VADX转换为数字信号。
模拟信号VADX在第一多路选择电路121的多个输入端接收的多路模拟信号中选定，在本实施例中，第一多路选择电路121为四通道多路选择电路，四通道对应编号0～3，接入第零模拟信号至第三模拟信号(VAD-0～VAD-3)，以从中选定一个提供至转换模块110，进行模数转换。
参考电压信号VREF在第二多路选择电路122的两个输入端接入的第一参考电压信号VREF1和第二参考电压信号VREF2中选定，在本实施例中，第一参考电压信号VREF1为与电源电压相关的外部参考电压信号，其跟随电源电压波动而波动，第二参考电压信号VREF2为与电源电压无关的内部参考电压信号，为稳定值。
在本实施例中，第一多路选择电路121和第二多路选择电路122均由通道选择信号VADSEL控制接入通道，选择输出的模拟信号和输出的参考电压信号，且通道选择信号VADSEL为二位二进制数字信号，并与第一多路选择电路121的多个输入端为二进制编码关系，对应的通道选择信号VADSEL的状态包括00、01、10、11，分别对应第一多路选择电路121的0、1、2、3号通道的选定，且通道选择信号VADSEL的最低位的数字与第二多路选择电路122的两个输入端为二进制编码关系，分别对应第二多路选择电路122的0、1、号通道的选定。
以通道选择信号VADSEL的00、10状态为第一逻辑状态，在通道选择信号VADSEL为第一逻辑状态时，第一多路选择电路121选择0号和2号通道，第一多路选择电路121的0号和2号通道接入为与电源电压相关的第零待处理信号VAD-0和第二待处理信号VAD-2，对应第二多路选择电路122选择0号通道，选定与电源电压相关的第一参考电压信号VREF1。
以通道选择信号VADSEL的01、11状态为第二逻辑状态，在通道选择信号VADSEL为第二逻辑状态时，第一多路选择电路121选定1号和3号通道时，第二多路选择电路122选择1号通道，对应第一多路选择电路121的1号和3号通道接入的第一待处理信号VAD-1和第三待处理信号VAD-3为与电源电压无关的模拟信号，此时选择与电源电压无关的第二参考电压信号VREF2作为选定的参考电压信号。
在本实施例中，通道选择信号VADSEL为2位二进制数，并与第一多路选择电路121的多个输入端为二进制编码关系，第二多路选择电路122以通道选择信号VADSEL的最低位为两个通道的选择控制逻辑，在可选实施例中，通道选择信号VADSEL为多位二进制数，第二多路选择电路122还可以以通道选择信号VADSEL的其它任意一位的数字作为通道选择控制逻辑(适用于第一多路选择电路121包括四个以上的输入端)。
其中，通道选择信号VADSEL的位数与第一多路选择电路121的通道数量相匹配，例如二位二进制数的编码数为0至3，包括4个数，三位二进制数的编码数为0至7，包括8个数，对应第一多路选择121包括四个以下的输入端时，通道选择信号VADSEL的位数最少为二位，在第一多路选择121包括四个以上、八个以下的输入端时，通道选择信号VADSEL的位数最少为三位，即本发明的通道选择信号VADSEL的位数与第一多路选择电路121的通道数量相匹配，实际可根据具体需求设置通道选择信号VADSEL的位数。
图4示出了根据本发明另一实施例的模数转换电路的结构示意图。其中，本实施例的模数转换电路200与图3所示的模数转换电路100的部分结构相同，在此对其相同的部分不再赘述。
参照图4，本实施例的模数转换电路200还设置有第三多路选择电路223，在本实施例中，第三多路选择电路223的通道数量与第一多路选择电路121的通道数量相等，根据相同的通道选择信号VADSEL控制对应的通道同步选择，第三多路选择电路223的各通道接入的参考电压选择信号VREFSEL-0～VREFSEL-3用于控制第二多路选择电路122的接入通道的选择。
第三多路选择电路223的各通道接入的参考电压选择信号与第一多路选择电路121的对应通道接入的待处理信号的类型相匹配，例如第一多路选择电路121的0、1、2号通道接入的待处理信号为与电源电压相关的信号，3号通道接入的待处理信号为与电源电压无关的模拟信号，则第三多路选择电路223的0、1、2号通道为第一参考电压选择信号，对应数字0，控制第二多路选择电路122的0号通道选通，提供第一参考电压信号VREF1输出；第三多路选择电路223的3号通道为第二参考电压选择信号，对应数字1，控制第二多路选择电路122的1号通道选通，提供第二参考电压信号VREF2输出。
即本实施例的模数转换电路200可根据第一多路选择电路121的各通道的接入信号的类型灵活配置第三多路选择电路223的对应通道接入的参考电压选择信号，根据相同的通道选择信号VADSEL选择对应的通道后，可自动控制第二多路选择电路122的通道选择，无需限定第一多路选择电路121的各通道接入的待处理信号的类型，配置方式灵活。其中，在一可选实施例中，参考电压选择信号VREFSEL-0～VREFSEL-3可通过软件可配置控制寄存器进行配置，可方便地根据第一多路选择电路121的各输入端接入的模拟信号与电源电压的关系，配置第三多路选择电路223的各输入端接入的参考电压选择信号，实际需求调节匹配关系，以适应多种实际需求。
且还可适用于多个备选参考电压信号的系统，根据备选参考电压信号的数量选择第二多路选择电路122的通道数量，并根据第一多路选择电路121的接入信号对参考电压信号的需求，配置第三多路选择电路223接入的参考电压选择信号即可，无需提供额外的通道选择信号控制第二多路选择电路122。
例如备选参考电压信号为三个，对应第二多路选择电路122为三通道多路选择电路，0、1、2号通道分别由二进制数00、01、10控制，则参考电压选择信号VREFSEL-0～VREFSEL-3根据第零模拟信号至第四模拟信号对参考电压信号的需求对应配置为00、01、10即可。
在本实施例中，第一多路选择电路121和第三多路选择电路223为四通道多路选择电路，实际可根据系统的功能需求和采样电路的具体数量选择对应通道的多路选择电路，通道数量增加，可对应增加二进制的通道选择信号VADSEL的位数。
本发明的模数转换电路设置第一多路选择电路选择向转换模块输出的模拟信号，设置第二多路选择电路选择向转换模块输出的参考电压信号，可根据输出的模拟信号的类型选择相应的参考电压信号参与模数转换，提高模数转换对多种模拟信号的模数转换的精度，硬件控制选择，根据单个转换模块实现对多种模拟信号的高可靠性的模数转换，硬件资源需求小，成本低。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (15)

1.一种模数转换电路，包括：
第一多路选择电路，具有被配置为接收多路模拟信号的多个输入端，其中所述第一多路选择电路根据通道选择信号将选定的模拟信号进行输出；
第二多路选择电路，具有被配置为接收多路参考电压信号的多个输入端，其中所述第二多路选择电路基于所述通道选择信号，将与所述选定的模拟信号对应的参考电压信号作为选定的参考电压信号进行输出；以及
转换模块，被配置为接收所述选定的模拟信号和所述选定的参考电压信号，并根据所述选定的参考电压信号将所述选定的模拟信号转换成数字信号。
2.根据权利要求1所述的模数转换电路，其中，还包括：
第三多路选择电路，具有被配置为接收多路参考电压选择信号的多个输入端，所述第三多路选择电路根据所述通道选择信号将选定的参考电压选择信号进行输出，所述第二多路选择电路根据所述选定的参考电压选择信号选择相应的参考电压信号进行输出。
3.根据权利要求1所述的模数转换电路，其中，所述多路模拟信号至少包括第一类模拟信号和第二类模拟信号，
其中，所述第一类模拟信号为与电源电压相关的信号，所述第二类模拟信号为与电源电压无关的信号。
4.根据权利要求3所述的模数转换电路，其中，所述多路参考电压信号至少包括与电源电压相关的外部参考电压信号，以及与电源电压无关的内部参考电压信号。
5.根据权利要求4所述的模数转换电路，其中，所述通道选择信号具有：
第一逻辑状态，用于使所述第一多路选择电路选择所述第一类模拟信号作为选定的模拟信号并且使所述第二多路选择电路选择所述外部参考电压信号作为选定的参考电压信号；和
第二逻辑状态，用于使所述第一多路选择电路选择所述第二类模拟信号作为选定的模拟信号并且使所述第二多路选择电路选择所述内部参考电压信号作为选定的参考电压信号。
6.根据权利要求5所述的模数转换电路，其中，所述通道选择信号为与所述第一多路选择电路的多个输入端为二进制编码关系的多位数字信号。
7.根据权利要求6所述的模数转换电路，其中，
所述第一多路选择电路根据所述通道选择信号开通对应编号的输入端对应的通道；
所述第二多路选择电路根据所述通道选择信号的最低位或其它任意位的值开通对应编号的输入端对应的通道。
8.根据权利要求7所述的模数转换电路，其中，所述多位数字信号的位数与所述第一多路选择电路的通道数量匹配。
9.根据权利要求2所述的模数转换电路，其中，所述多路模拟信号至少包括第一类模拟信号和第二类模拟信号，
其中，所述第一类模拟信号为与电源电压相关的信号，所述第二类模拟信号为与电源电压无关的信号。
10.根据权利要求9所述的模数转换电路，其中，所述多路参考电压信号至少包括与电源电压相关的外部参考电压信号，以及与电源电压无关的内部参考电压信号。
11.根据权利要求10所述的模数转换电路，其中，所述通道选择信号具有：
第一逻辑状态，用于使所述第一多路选择电路选择所述第一类模拟信号作为选定的模拟信号并且使所述第二多路选择电路选择所述外部参考电压信号作为选定的参考电压信号；和
第二逻辑状态，用于使所述第一多路选择电路选择所述第二类模拟信号作为选定的模拟信号并且使所述第二多路选择电路选择所述内部参考电压信号作为选定的参考电压信号。
12.根据权利要求11所述的模数转换电路，其中，所述通道选择信号为与所述第一多路选择电路的多个输入端为二进制编码关系的多位数字信号。
13.根据权利要求12所述的模数转换电路，其中，
所述第三多路选择电路的多个输入端与所述第一多路选择电路的多个输入端一一对应，且所述第一多路选择电路和所述第三多路选择电路均根据所述通道选择信号开通对应编号的输入端对应的通道。
14.根据权利要求13所述的模数转换电路，其中，
所述多位数字信号的位数与所述第一多路选择电路的通道数量匹配。
15.根据权利要求2所述的模数转换电路，其中，还包括：
软件可配置控制寄存器，用于根据所述第一多路选择电路的各输入端接收的各模拟信号的类型，向所述第三多路选择电路的各输入端提供所述多路参考电压选择信号。
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