CN114696830A - 模数转换器、电量检测电路以及电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种模数转换器，包括调制器、数字滤波模块、信号检测器以及选择电路；调制器用于对输入信号进行量化，以输出量化信号；数字滤波模块连接于调制器，且用于对量化信号进行滤波；其中数字滤波模块包括至少两个数字滤波器；信号检测器用于检测输入信号的信号参数；以及选择电路连接于数字滤波模块以及信号检测器，选择电路用于根据信号参数调整数字滤波模块的阶数。本实施例提供的模数转换器能够对不同类型的输入信号进行适配，从而实现对不同类型输入信号的最优配置，达到快速高精度测量。
Description
技术领域
本申请涉及模拟数字转换技术领域，具体涉及一种模数转换器、电量检测电路以及电池管理系统。
背景技术
近年来，随着超大规模集成电路制造水平的提高，Σ-ΔADC(Sigma-DeltaAnalog-to-Digital Converter，Σ-Δ模数转换器)正以其分辨率高、线性度好、成本低等特点得到越来越广泛的应用。
通常地，Σ-ΔADC通过数字滤波器对输入信号进行处理，但是不同的数字滤波器对不同的输入信号处理的特性不同，从而影响Σ-ΔADC的检测精度。
发明内容
鉴于以上问题，本申请实施例提供一种模数转换器、电量检测电路以及电池管理系统，以解决上述技术问题。
本申请实施例是采用以下技术方案实现的：
一种模数转换器，包括调制器、数字滤波模块、信号检测器以及选择电路；调制器用于对输入信号进行量化，以输出量化信号；数字滤波模块连接于调制器，且用于对量化信号进行滤波；其中数字滤波模块包括至少两个数字滤波器；信号检测器用于检测输入信号的信号参数；以及选择电路连接于数字滤波模块以及信号检测器，选择电路用于根据信号参数调整数字滤波模块的阶数。
在一些实施方式中，信号参数包括频率，信号检测器包括频率检测模块，频率检测模块用于接收输入信号并检测输入信号的频率波动程度，选择电路还用于根据频率波动程度调整数字滤波模块的阶数。
在一些实施方式中，频率检测模包括阈值电路、窗口比较电路、时钟电路以及脉宽检测器；阈值电路用于接收输入信号，且根据输入信号提供阈值窗口信号；窗口比较电路连接于阈值电路，且用于将输入信号与阈值窗口信号比较，并输出比较结果；时钟电路连接于窗口比较电路，且用于根据比较结果输出脉冲信号；脉宽检测器连接于时钟电路，且用于检测脉冲信号的脉冲宽度，并根据脉冲宽度获得输入信号的频率波动程度。
在一些实施方式中，阈值电路包括第一窗口输出端以及第二窗口输出端；窗口比较电路包括第一比较器以及第二比较器：第一比较器包括第一同相输入端以及第一反相输入端，第一同相输入端连接于第一窗口输出端、第一反相输入端用于接收输入信号、输出端连接于时钟电路；第二比较器包括第二同相输入端以及第二反相输入端，第二同相输入端用于接收输入信号、第二反相输入端连接于第二窗口输出端、输出端连接于时钟电路。
在一些实施方式中，时钟电路包括或门电路、与门电路以及复位/置位触发器；或门电路的输入端分别连接第一比较器的输出端与第二比较器的输出端：与门电路的输入端分别连接第一比较器的输出端与第二比较器的输出端；复位/置位触发器的置位端连接于或门电路的输出端、复位端连接于与门电路的输出端，输出端连接于脉宽检测器。
在一些实施方式中，信号参数还包括幅度，信号检测器还包括连接于调制器的幅度检测模块，以用于根据量化信号检测量输入信号的幅度，选择电路还用于根据频率波动程度以及幅度调整数字滤波模块的阶数。
在一些实施方式中，幅度检测模块包括电平检测电路、计数器以及阈值判断电路；电平检测电路连接于调制器，用于在每个过零周期量化信号的电平，其中电平包括高电平和/或低电平；计数器连接于电平检测电路，用于统计电平的数量；阈值判断电路连接于计数器，用于计算整个测量周期内电平数量的平均值和方差中的至少一个，并根据平均值以及方差中的至少一个获取输入信号的幅度。
在一些实施方式中，信号参数包括幅度，信号检测器包括连接于调制器的幅度检测模块，以用于根据量化信号检测量输入信号的幅度，选择电路还用于根据幅度调整数字滤波模块的阶数。
在一些实施方式中，至少两个数字滤波器依次连接，选择电路包括多路选择器以及选择控制电路；多路选择器包括输出端以及至少两个输入端，其中每个输入端与每个数字滤波器的输出端一一对应连接；选择控制电路连接于信号检测器以及多路选择器，用于根据信号参数将多路选择器的输出端与多路选择器的其中一个输入端连接。
在一些实施方式中，模数转换器还包括复位电路，复位电路用于在调制器每次对输入信号量化之后，将模数转换器复位，以消除本次量化的信息。
本申请实施例还提供一种电量检测电路，包括上述的模数转换器，电量检测电路还包括采样电路；采样电路一端用于采样输入电压，另一端连接于模数转换器。
本申请实施例还提供一种电池管理系统，包括上述的电量检测电路。
本申请实施例提供的模数转换器、电量检测电路以及电池管理系统，该模数转换器包括包括调制器、数字滤波模块、信号检测器以及选择电路；调制器用于对输入信号进行量化，以输出量化信号；数字滤波模块连接于调制器，且用于对量化信号进行滤波；其中数字滤波模块包括至少两个数字滤波器；信号检测器用于检测输入信号的信号参数；以及选择电路连接于数字滤波模块以及信号检测器，选择电路用于根据信号参数调整数字滤波模块的阶数。本实施例通过信号检测器检测输入信号的信号参数，进而能够区分输入信号的类型，再通过选择电路根据该信号参数调整数字滤波模块的阶数，进而数字积分滤波模块对不同类型的输入信号进行适配，从而实现对不同类型输入信号的最优配置，达到快速高精度测量。
本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请实施例提供的一种模数转换器的模块框图。
图2示出了本申请实施例提供模数转换器的一种实施方式示例图。
图3示出了图2中频率检测模块的模块框图。
图4示出了图2中频率检测模块的电路结构示意图。
图5示出了本申请实施例提供的模数转换器的另一种实施方式示例图。
图6示出了图5中幅度检测模块的模块框图。
图7示出了本申请实施例提供的模数转换器的又一种实施方式示例图。
图8示出了本申请实施例提供的数字滤波模块与选择电路的模块框图。
图9示出了本申请实施例提供的另一种模数转换器的模块框图。
图10示出了本申请实施例提供的模数转换对输入信号测量的仿真结果示意图。
图11示出了本申请实施例提供的一种电量检测电路的电路结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性地，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请的方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
随着快充和5G(5th generation mobile networks,第五代移动通信技术)的普及，需要精确手机电池电量监测功能，电池电量监测是通过电量计实现的，电量计用来计量并显示电池电量，通常包括剩余容量、满充容量、百分比容量、电压、电流、温度等，部分电量计还包含放空、充满时间、最大化学容量以及阻抗表。电量计通过对电池的电流在指定时间窗口内进行高精度采样得到电荷(电流*时间)信息，通过测量开路电压，结合两者信息实现电池电量和阻抗表等关键参数的动态刷新。
传统的Σ-ΔADC(Sigma-Delta Analog-to-Digital Converter，Σ-Δ模数转换器)不具有精确的自动增益控制，没有消除Offset(偏移)的措施，并且使用结构复杂的数字抽取滤波器，因此不能满足用于仪器仪表和传感测量领域的ADC的要求。虽然双斜ADC具有较好的低Offset和精确增益，但是其需要2N+1个量化周期数实现N Bit的量化精度，同时要求模拟电路具有良好的匹配精度。由于量化周期数和模拟器件匹配精度的限制，双斜ADC无法满足高精度ADC要求。增量式Σ-ΔADC可以很好的满足仪器仪表和传感测量领域的应用条件。因此，增量式Σ-ΔADC应因可实现对电池的电压/电流信号精确采集被广泛应用在电池电量监测系统。
增量式Σ-ΔADC可以认为是传统的Σ-ΔADC工作在瞬态模式，每完成一次量化之后，需要将调制器和数字滤波器进行复位，消除上一次量化状态的信息，保证每次量化的初始状态是相同的。相对于传统Σ-ΔADC，增量式Σ-ΔADC具有以下优点：
1、具有精确的高增益。传统Σ-ΔADC中，基带内的量化噪声功率为常数，随着输入信号幅值的减小，信噪比下降。而增量式Σ-ΔADC的原理是量化输入信号的幅值，因此在每个输入幅值范围内，其量化精度都是保持不变的。
2、高线性度。在增量式Σ-ΔADC中，每次量化之前都进行一次复位，消除前一个量化状态的信息，因此对输入信号幅度范围内的信号，都能够进行精度相同的量化，线性度高。
3、相对于双斜ADC，一阶增量式Σ-ΔADC的量化周期数与其在相同的数量级上，需要2N个量化周期数实现N Bit的量化精度。而增量式Σ-ΔADC具有传统Σ-ΔADC的特点，即可以进行高阶扩展。因此，增量式Σ-ΔADC可以用很低的量化时间实现高精度。
对于低功耗应用场合，保持调制器阶数，通过数字滤波器的高阶扩展，实现对余误差量化的高阶处理，进而减小量化误差，提高精度。但是不同的数字滤波器对不同的输入信号处理的特性不同，从而影响Σ-ΔADC的检测精度。
经过发明人的长期研究与测试，本申请实施例提供一种模数转换器、电量检测电路以及电池管理系统，该模数转换器包括包括调制器、数字滤波模块、信号检测器以及选择电路；调制器用于对输入信号进行量化，以输出量化信号；数字滤波模块连接于调制器，且用于对量化信号进行滤波；其中数字滤波模块包括至少两个依次连接的数字滤波器；信号检测器用于检测输入信号的信号参数；以及选择电路连接于数字滤波模块以及信号检测器，选择电路用于根据信号参数调整数字滤波模块的阶数。本实施例通过信号检测器检测输入信号的信号参数，进而能够区分输入信号的类型，再通过选择电路根据该信号参数调整数字滤波模块的阶数，进而数字滤波模块对不同类型的输入信号进行适配，从而实现对不同类型输入信号的最优配置，达到快速高精度测量。
如图1所示，本申请实施例提供一种模数转换器100。模数转换器100包括调制器110、数字滤波模块120、信号检测器130以及选择电路140。其中调制器110用于对输入信号进行量化，以输出量化信号；数字滤波模块120连接于调制器110，且用于对量化信号进行滤波；数字滤波模块120包括至少两个数字滤波器；信号检测器130用于检测输入信号的信号参数；选择电路140连接于数字滤波模块120以及信号检测器130，且用于根据信号参数调整数字滤波模块120的阶数。
调制器110为Σ-Δ调制器。模数转换器100通过采样时钟采样输入信号，并将输入信号送入调制器110，调制器110接收输入信号可以对输入信号进行量化，进而输出量化信号。本实施例中，输入信号可以是但不限于是交流信号或直流信号。
数字滤波模块120可以对调制器110输出的量化信号进行数字积分滤波，完成对量化信号的处理。本实施例中，数字滤波模块120可以包括至少两个数字滤波器。该数字滤波器可以为数字积分滤波器。数字滤波模块120能够被配置为低阶数字积分滤波器以及高阶数字积分滤波器。值得说明的是，低阶数字积分滤波与高阶数字积分滤波对不同输入信号处理的特性不同。例如，低阶数字积分滤波增量式Σ-ΔADC对交流信号的测量精度高，动态响应快；高阶数字积分滤波增量式Σ-ΔADC对直流信号测量精度高，对交流信号动态响应慢。
信号检测器130可以检测输入信号的信号参数。本申请实施例中，该信号参数可以包括但不限于输入信号的频率、输入信号的幅度以及输入信号的信噪比。进一步地，通过检测输入信号的信号参数，能够在一定程度上判别输入信号的类型。例如，通过检测输入信号的频率波动，能够判别输入信号是交流信号还是直流信号；通过检测输入信号的幅度，能够判别输入信号是大信号还是小信号。。
选择电路140可以根据信号检测器130检测到的输入信号的信号参数，自适应地调节数字滤波模块120的阶数，也即可以将数字滤波模块120配置为低阶数字积分滤波器或高阶数字积分滤波器。值得说明的是，低阶数字积分滤波器并不特指某一阶数的数字积分滤波器，其可以表示某一阶数范围的数字积分滤波器；同样地，高阶数字积分滤波器也并不特指某一阶数的数字积分滤波器，同样可以表示某一阶数范围的数字积分滤波器。
本实施例中，模数转换器100通过信号检测器130检测输入信号的信号参数，再通过选择电路140根据检测的输入信号的信号参数调节数字滤波模块120的阶数，将数字滤波模块120配置为不同阶数的数字积分滤波器，使得模数转换器100在对输入信号进行测量时，能够以阶数与该输入信号最为适配的数字积分滤波器对该输入信号进行测量，保证对该输入信号的测量精度。那么在面对不同类型的输入信号时，能够给不同类型的输入信号最优的数字积分滤波配置，从而实现对不同类型输入信号的快速、高精度测量。
作为一种实施方式，模数转换器100可以对直流输入信号和交流输入信号配置最优的积分数字滤波，从而实现对直流输入信号和交流输入信号的快速、高精度测量。
具体而言，信号检测器130可以检测输入信号的频率波动程度，根据该频率波动程度区分输入信号的类型是直流输入信号或交流输入信号，从而使得选择电路140能够对输入信号配置阶数最优的数字滤波模块。
如图2所示，本实施方式中，信号检测器130包括频率检测模块131，频率检测模块131用于接收输入信号并检测输入信号的频率波动程度。选择电路140还用于根据频率波动程度调整数字滤波模块120的阶数。
如图3所示，频率检测模块131包括阈值电路1311、窗口比较电路1312、时钟电路1313以及脉宽检测器1314。其中，阈值电路1311用于接收输入信号，且根据输入信号提供阈值窗口信号；窗口比较电路1312连接于阈值电路1311，且用于将输入信号与阈值窗口信号比较，并输出比较结果；时钟电路1313连接于窗口比较电路1312，且用于根据比较结果输出脉冲信号；脉宽检测器1314连接于时钟电路1313，且用于检测脉冲信号的脉冲宽度，并根据脉冲宽度获得输入信号的频率波动程度。
本实施方式中，当输入信号大于阈值窗口信号时，时钟电路1313根据窗口比较电路1312的比较结果输出的脉冲信号为高电平，脉宽检测器1314通过对脉冲信号的高电平持续时间进行检测，进而可以获取到输入信号的频率波动程度。
具体地，如图4所示，频率检测模块131还包括低通滤波器1315。低通滤波器1315接收输入信号Vin进行滤波后输出信号Vdc。
阈值电路1311为过零阈值电路，且阈值电路1311包括第一窗口输出端以及第二窗口输出端。阈值电路1311接收低通滤波器1315的输出信号Vdc后在第一窗口输出端输出第一阈值窗口信号(Vdc+Vth)，并在第二窗口输出端输出第二阈值窗口信号(Vdc-Vth)。
窗口比较电路1312包括第一比较器A1以及第二比较器A2。第一比较器A1包括第一同相输入端以及第一反相输入端，其中第一同相输入端连接于阈值电路1311的第一窗口输出端以接收第一阈值窗口信号(Vdc+Vth)，第一反相输入端接收输入信号Vin，输出端连接于时钟电路1313。第二比较器A2包括第二同相输入端以及第二反相输入端，其中第二同相输入端接收输入信号Vin，第二反相输入端连接于阈值电路1311的第二窗口输出端以接收第二阈值窗口信号(Vdc-Vth)，输出端连接于时钟电路1313。
时钟电路1313包括或门电路、与门电路以及RS(复位/置位)触发器。或门电路的两个输入端分别连接第一比较器的输出端以及第二比较器的输出端，或门电路的输出端连接于RS触发器的置位端。与门电路的两个输入端也分别连接第一比较器的输入端以及第二比较器的输出端，与门电路的输出端连接于RS触发器的复位端。RS触发器的输出端连接于脉宽检测器1314的输入端。
进一步地，选择电路140可以根据输入信号的频率波动程度配置数字滤波模块120的阶数。具体地，预先设定一波动阀值，根据输入信号的频率波动程度与波动阀值的比较结果确定输入信号的类型，当输入信号的频率波动程度大于或等于波动阈值时，可认为输入信号为交流信号；当输入信号的频率波动程度小于该波动阈值时，则可认为输入信号为直流信号。因此，当输入信号的频率波动程度大于或等于波动阈值时，选择电路140可以将数字滤波模块120配置为低阶数字积分滤波器；当输入信号的频率波动程度小于波动阈值时，选择电路140可以将数字滤波模块120配置为高阶数字积分滤波器。由此，可使得模数转换器100实现对不同输入信号的快速、高精度测量。
作为另一种实施方式，模数转换器100可以对大输入信号和小输入信号配置最优的积分数字滤波，从而实现对大输入信号和小输入信号的快速、高精度测量。
具体而言，信号检测器130可以检测输入信号的幅度，并根据幅度确定输入信号的类型是大信号还是小信号，从而能够对输入信号配置阶数最优的数字滤波模块。
如图5所示，本实施方式中，信号检测器130包括连接于调制器110的幅度检测模块132，以用于根据量化信号检测输入信号的幅度。选择电路140还用于根据幅度调整数字滤波模块120的阶数。
本实施方式中，幅度检测模块132可以为PDM(Pulse Density Modulation,脉冲密度调制)幅度检测量化器。可通过PDM技术获取输入信号的幅度。具体地，如图6所示，幅度检测模块132包括电平检测模块1321、计数器1323以及阈值判断电路1324。其中，电平检测电路连接于调制器110，并用于检测在每个过零周期量化信号的电平，其中电平包括高电平和/或低电平。计数器1323连接于电平检测电路，用于统计电平的数量。具体地，计数器1323可以在模数转换器100对输入信号的整个测量周期内统计高电平的数量和低电平的数量。阈值判断电路1324连接于计数器1323，用于计算整个测量周期内电平数量的平均值和方差中的至少一个，并根据平均值以及方差中的至少一个获取输入信号的幅度。
具体地，阈值判断电路1324可以计算整个测量周期内高电平数量的平均值和方差中的至少一个，当高电平数量的平均值大于或等于平均值阈值以及高电平数量的方差大于方差阈值中的任一满足时，可认为该输入信号为大信号；当高电平数量的平均值小于平均值阈值且高电平数量的方差小于方差阈值时，可认为该输入信号为小信号。在一些实施方式中，当高电平数量的平均值大于或等于平均值阈值且高电平数量的方差大于方差阈值时，可认为该输入信号为大信号；当高电平数量的平均值大于或等于平均值阈值以及高电平数量的方差大于方差阈值中任一不满足时，可认为该输入信号为小信号。进一步地，当低电平数量的平均值大于或等于平均值阈值以及低电平数量的方差大于方差阈值中的任一满足时，可认为该输入信号为大信号；当低电平数量的平均值小于平均值阈值且低电平数量的方差小于方差阈值时，可认为该输入信号为小信号。在一些实施方式中，当低电平数量的平均值大于或等于平均值阈值且低电平数量的方差大于方差阈值时，可认为该输入信号为大信号；当低电平数量的平均值大于或等于平均值阈值以及低电平数量的方差大于方差阈值中任一不满足时，可认为该输入信号为小信号。
进一步地，选择电路140可以根据输入信号的幅度配置数字滤波模块120的阶数，使得当输入信号为大信号时模数转换器100以阶数与该大信号最为适配的数字积分滤波器对输入信号进行测量；当输入信号为小信号时模数转换器100以阶数与该小信号最为适配的数字积分滤波器对输入信号进行测量，从而实现对不同输入信号的快速、高精度测量。
作为又一种实施方式，模数转换器100可以分别对直流输入信号、交流大输入信号、交流小输入信号配置阶数最优的数字滤波模块，从而实现对直流输入信号、交流大输入信号、交流小输入信号的快速、高精度测量。
具体而言，信号检测器130可以同时检测输入信号的频率波动程度以及输入信号的幅度，通过频率波动程度可以区分输入信号是直流信号或交流信号，通过幅度可以区分交流信号是交流大信号还是交流小信号，从而使得选择电路140能够对输入信号配置阶数最优的数字滤波模块。
如图7所示，本实施方式中，信号检测器130可以包括频率检测模块131以及幅度检测模块132。频率检测模块131用于接收输入信号并检测输入信号的频率波动程度；幅度检测模块132连接于调制器110，且用于根据量化信号检测输入信号的幅度。选择电路140还用于根据频率波动程度与幅度配置数字滤波模块120的阶数。本实施方式中，频率检测模块131与幅度检测模块132的结构和原理与前述实施方式相同，不再赘述。
进一步地，当根据输入信号的频率波动程度认为该输入信号是直流信号时，选择电路140可以将数字滤波模块120配置为高阶数字积分滤波器；当根据输入信号的频率波动程度认为该输入信号是交流信号，且根据输入信号的幅度认为该输入信号是大信号时，则认为该输入信号是交流大信号，选择电路140可以将数字滤波模块120配置为低阶数字积分滤波器；当根据输入信号的频率波动程度认为该输入信号是交流信号，且根据输入信号的幅度认为该输入信号是小信号时，则认为该输入信号是交流小信号，选择电路140可以将数字滤波模块120配置为高阶数字积分滤波器，从而实现对不同输入信号的快速、高精度测量。
进一步地，如图8所示，数字滤波模块120包括至少两个依次连接的数字滤波器，选择电路140包括多路选择器141以及选择控制电路142。其中，多路选择器141包括输出端以及至少两个输入端，且每个输入端与每个数字滤波器的输出端一一对应连接。选择控制电路142连接于信号检测器130以及多路选择器141，用于根据信号参数将多路选择器141的输出端与多路选择器141的其中一个输入端连接。
本实施例中，选择控制电路142可以根据信号检测器130检测的输入信号的频率波动程度和输入信号的幅度，控制多路选择器141将数字滤波模块120配置为不同阶数的数字积分滤波器。具体地，由于数字滤波模块120中的至少两个数字滤波器依次连接，且多路选择器141的每个输入端与每个数字滤波器的输出端一一对应连接，使得多路选择器141的每一个输入端均连接某一阶数的数字积分滤波器，例如若多路选择器141的第一输入端连接有一个数字滤波器，该一个数字滤波器即为一阶数字积分滤波器；若多路选择器141的第二输入端连接有两个依次连接的数字滤波器，该两个依次连接的数字滤波器即为二阶数字积分滤波器，即在本实施例中，阶数包括与多路选择器141任一输入端依次连接的数字滤波器的个数。因此选择控制电路142通过将多路选择器141的输出端与多路选择器141的其中一个输入端连接，从而能够将数字滤波模块120配置为不同阶数的数字积分滤波器。
本实施例提供的模数转换器包括调制器、数字滤波模块、信号检测器以及选择电路；调制器用于对输入信号进行量化，以输出量化信号；数字滤波模块连接于调制器，且用于对量化信号进行滤波；其中数字滤波模块包括至少两个依次连接的数字滤波器；信号检测器用于检测输入信号的信号参数；以及选择电路连接于数字滤波模块以及信号检测器，选择电路用于根据信号参数调整数字滤波模块的阶数。本实施例通过信号检测器检测输入信号的信号参数，进而能够区分输入信号的类型，再通过选择电路根据该信号参数调整数字滤波模块的阶数，进而数字积分滤波模块对不同类型的输入信号进行适配，从而实现对不同类型输入信号的最优配置，达到快速高精度测量。
如图9所示，本实施例还提供一种模数转换器200。模数转换器200同样包括调制器210、数字滤波模块220、信号检测器230以及选择电路240。本实施例中，调制器210、数字滤波模块220、信号检测器230以及选择电路240的功能与前述实施例相同，不在赘述。
进一步地，调制器210包括积分器211、主量化器212以及数模转换器213；其中，积分器211为增量式Σ-Δ调制积分器，积分器211用于对输入信号进行积分，以输出积分信号；主量化器212连接于积分器211，用于对积分信号进行量化，以输出量化信号；数模转换器213连接于主量化器212输出端与积分器211的输入端，以形成反馈通路。进一步地，调制器210还包括第一增益模块214、第二增益模块215以及第三增益模块216。其中第一增益模块214的输入端用于接收输入信号，输出端连接于积分器211的输入端；第二增益模块215设于积分器211与主量化器212之间，且第二增益模块215的输入端连接于积分器211的输出端，输出端连接于主量化器212的输入端；第三增益模块216设于反馈通路，且第三增益模块216的输入端连接于数模转换器213的输出端，输出端连接于积分器211的输入端。
进一步地，数字滤波模块220包括第一数字滤波器221以及第二数字滤波器222。其中，第一数字滤波器221的输入端连接于主量化器212的输出端；第二数字滤波器222的输入端连接于第一数字滤波器221的输出端。
进一步地，信号检测器230包括频率检测模块231以及幅度检测模块232。其中，频率检测模块231接收输入信号，且用于检测输入信号的频率波动程度。幅度检测模块232连接于主量化器212的输出端，且用于根据量化信号检测输入信号的幅度。本实施例中的频率检测模块231与幅度检测模块232的结构与原理均可以和前述实施例相同，不再赘述。
进一步地，选择电路240包括多路选择器241以及选择控制电路242。多路选择器241包括第一输入端以及第二输入端，第一输入端连接于第一数字滤波器221的输出端，第二输入端连接于第二数字滤波器222的输出端。选择控制电路242的输入端连接于频率检测模块231以及幅度检测模块232的输出端，输出端连接于多路选择器241的控制端。本实施例中，信号检测器230可以同时检测输入信号的频率波动程度以及输入信号的幅度，使得选择控制电路242能够根据输入信号的频率波动程度以及输入信号的幅度控制多路选择器241将数字滤波模块220配置为不同阶数的数字积分滤波器，从而适配不同的输入信号类型。
当选择控制电路242控制多路选择器241的第一输入端与输出端连接时，数字滤波模块220被配置为一阶数字积分滤波器；当选择控制电路242控制多路选择器241的第二输入端与输出端连接时，数字滤波模块220被配置为二阶数字积分滤波器。
因此，本实施例中的模数转换器200能够根据输入信号的类型将数字滤波模块220配置为一阶数字积分滤波器或二阶数字积分滤波器，以适配不同的输入信号，对不同类型输入信号的最优配置，达到快速高精度测量。
进一步地，模数转换器200还包括复位电路(图中未示出)，复位电路用于在调制器210每次对输入信号量化之后，将模数转换器200复位，以消除本次量化的信息。也即，模数转换器200每完成一次量化之后，可以通过复位电路将调制器210与数字滤波模块220复位，消除此次量化状态的信息，保证每次量化的初始状态是相同的。
需要说明的是，模数转换器200每次量化可以包括多个转换周期。
当模数转换器200对输入信号进行量化时，在复位阶段：V1[0]＝0 (1)
；其中V1[0]为复位阶段主量化器212的输入信号。
在第一个转换周期：V1[1]＝(V1[0]+a1*Vin[0]-b1*Vref*D[0])*a2 (2)
由式(2)整理得：V1[1]＝(a1*Vin[0]-b1*Vref*D[0])*a2 (3)
其中，V1[1]为第一个转换周期主量化器212的输入信号；a1为第一增益模块214的增益；Vin[0]为复位阶段的输入信号；b1为第三增益模块116的增益；Vref为数模转换器213的基准信号；D[0]为复位阶段主量化器212输出的码值。
在第二个转换周期：V1[2]＝(V1[1]+a1*Vin[1]-b1*Vref*D[1])*a2 (4)
由式(4)整理得：V1[2]＝[a1*(Vin[1]+Vin[0])-b1*Vref*(D[1]+D[0])]*a2 (5)
其中，V1[2]为第二个转换周期主量化器212的输入信号；Vin[1]为第一个转换周期的输入信号；；D[1]为第一个转换周期主量化器212输出的码值。
由此可推导出在第n个转换周期：
其中，V1[n]为第n个转换周期主量化器212的输入信号；Vin[k]为输入信号；D[k]为数字积分滤波。
由式(6)可得，当数字滤波模块220被配置为一阶数字积分滤波器时，输入信号Vin满足下式：
其中，PGA为模数转换器200的增益，PGA＝a1/b1；D[k]为一阶数字积分滤波。
当数字滤波模块220被配置为二阶数字积分滤波器时，输入信号Vin满足下式：
其中，D'[k]为二阶积分数字滤波。
本实施例中，模数转换器200通过对输入信号的信号参数进行检测，可以对不同类型的输入信号将数字滤波模块220配置为一阶数字积分滤波器或二阶数字积分滤波器，进而对不同的输入信号自适应选取一阶数字积分滤波或二阶数字积分滤波。
示例性地，如图10所示，图10为本实施例提供的模数转换对输入信号测量的仿真结果示意图。输入信号为直流信号与交流信号的混合信号。其中，直流信号为10uV，持续周期为6.5s；交流信号为100uV，周期为6.5s。
在对直流信号进行测量时，由图可知，一阶数字积分滤波的测量结果为12.2uV，二阶数字积分滤波的测量结果为9.88uV。
由此可见，对于直流信号而言，二阶数字积分滤波器的输出特性优于一阶数字积分滤波器。因此，当通过输入信号的信号参数检测到输入信号为直流信号时，可以将数字滤波模块220配置为二阶数字积分滤波器，从而提供对直流信号的测量精度。
在对交流信号进行测量时，由图可知，一阶数字积分滤波的测量结果为99.18uV，二阶数字积分滤波的测量结果为130.5uV。
由此可见，对于交流信号而言，一阶数字积分滤波器的输出特性优于二阶数字积分滤波器。因此，当通过输入信号的信号参数检测到输入信号为交流信号时，可以将数字滤波模块220配置为一阶数字积分滤波器，从而提供对交流信号的测量精度。
综上，本实施例中的模数转换器200通过对输入信号的频率特性以及幅度特性进行检测，从而能够对不同的输入信号以最优阶数的数字积分滤波器进行配置，从而实现对不同输入信号的快速、高精度测量。
本实施例提供的模数转换器包括调制器、数字滤波模块、信号检测器以及选择电路；调制器用于对输入信号进行量化，以输出量化信号；数字滤波模块连接于调制器，且用于对量化信号进行滤波；其中数字滤波模块包括至少两个依次连接的数字滤波器；信号检测器用于检测输入信号的信号参数；以及选择电路连接于数字滤波模块以及信号检测器，选择电路用于根据信号参数调整数字滤波模块的阶数。本实施例通过信号检测器检测输入信号的信号参数，进而能够区分输入信号的类型，再通过选择电路根据该信号参数调整数字滤波模块的阶数，进而数字积分滤波模块对不同类型的输入信号进行适配，从而实现对不同类型输入信号的最优配置，达到快速高精度测量。
如图11所示，本申请实施例还提供一种电量检测电路300。电量检测电路300包括采样电路310以及上述的模数转换器。其中，采样电路310的一端用于采样输入信号，另一端连接于模数转换器。
采样电路310包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及电容C1。其中，第一电阻R1的第一端连接于第二电阻R2的第一端、第二端连接于第三电阻R3的第一端；第一电阻R1的两端还分别连接于电池BAT的两端；电容C1的第一端连接于第二电阻R2的第二端、第二端连接于第三电阻R3的第二端；第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的的第二端连接于模数转换器。
采样电路能够对电池BAT的电压进行采样，并将采样信号转换为差分信号输入至模数转换器进行高精度测量。
本实施例提供的电量检测电路包括调制器、数字滤波模块、信号检测器以及选择电路；调制器用于对输入信号进行量化，以输出量化信号；数字滤波模块连接于调制器，且用于对量化信号进行滤波；其中数字滤波模块包括至少两个依次连接的数字滤波器；信号检测器用于检测输入信号的信号参数；以及选择电路连接于数字滤波模块以及信号检测器，选择电路用于根据信号参数调整数字滤波模块的阶数。本实施例通过信号检测器检测输入信号的信号参数，进而能够区分输入信号的类型，再通过选择电路根据该信号参数调整数字滤波模块的阶数，进而数字积分滤波模块对不同类型的输入信号进行适配，从而实现对不同类型输入信号的最优配置，达到快速高精度测量。
本申请实施例还提供一种电池管理系统，电池管理系统包括上述的电量检测电路。
以上，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本申请，任何本领域技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。
Claims (12)
1.一种模数转换器，其特征在于，包括：
调制器，用于对输入信号进行量化，以输出量化信号；
数字滤波模块，连接于所述调制器，且用于对所述量化信号进行滤波；其中所述数字滤波模块包括至少两个数字滤波器；
信号检测器，用于检测所述输入信号的信号参数；以及
选择电路，连接于所述数字滤波模块以及所述信号检测器，所述选择电路用于根据所述信号参数调整所述数字滤波模块的阶数。
2.如权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述信号参数包括频率，所述信号检测器包括频率检测模块，所述频率检测模块用于接收所述输入信号并检测所述输入信号的频率波动程度，所述选择电路还用于根据所述频率波动程度调整所述数字滤波模块的阶数。
3.如权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述频率检测模块包括：
阈值电路，用于接收所述输入信号，且根据所述输入信号提供阈值窗口信号；
窗口比较电路，连接于所述阈值电路，且用于将所述输入信号与所述阈值窗口信号比较，并输出比较结果；
时钟电路，连接于所述窗口比较电路，且用于根据所述比较结果输出脉冲信号；以及
脉宽检测器，连接于所述时钟电路，且用于检测所述脉冲信号的脉冲宽度，并根据所述脉冲宽度获得所述输入信号的所述频率波动程度。
4.如权利要求3所述的模数转换器，其特征在于，所述阈值电路包括第一窗口输出端以及第二窗口输出端；所述窗口比较电路包括：
第一比较器，包括第一同相输入端以及第一反相输入端，所述第一同相输入端连接于所述第一窗口输出端、所述第一反相输入端用于接收所述输入信号、输出端连接于所述时钟电路；以及
第二比较器，包括第二同相输入端以及第二反相输入端，所述第二同相输入端用于接收所述输入信号、所述第二反相输入端连接于所述第二窗口输出端、输出端连接于所述时钟电路。
5.如权利要求4所述的模数转换器，其特征在于，所述时钟电路包括：
或门电路，输入端分别连接所述第一比较器的输出端与所述第二比较器的输出端：
与门电路，输入端分别连接所述第一比较器的输出端与所述第二比较器的输出端；以及
复位/置位触发器，置位端连接于所述或门电路的输出端、复位端连接于所述与门电路的输出端，输出端连接于所述脉宽检测器。
6.如权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述信号参数还包括幅度，所述信号检测器还包括连接于所述调制器的幅度检测模块，以用于根据所述量化信号检测所述输入信号的幅度，所述选择电路还用于根据所述频率波动程度以及所述幅度调整所述数字滤波模块的阶数。
7.如权利要求6所述的模数转换器，其特征在于，所述幅度检测模块包括：
电平检测电路，连接于所述调制器，用于在每个过零周期检测所述量化信号的电平，其中所述电平包括高电平和/或低电平；
计数器，连接于所述电平检测电路，用于统计所述电平的数量；以及
阈值判断电路，连接于所述计数器，用于计算整个测量周期内电平数量的平均值和方差中的至少一个，并根据所述平均值以及所述方差中的至少一个获取所述输入信号的幅度。
8.如权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述信号参数包括幅度，所述信号检测器包括连接于所述调制器的幅度检测模块，以用于根据所述量化信号检测所述输入信号的幅度，所述选择电路还用于根据所述幅度调整所述数字滤波模块的阶数。
9.如权利要求1～8任一项所述的模数转换器，其特征在于，所述至少两个数字滤波器依次连接，所述选择电路包括：
多路选择器，包括输出端以及至少两个输入端，其中每个所述输入端与每个所述数字滤波器的输出端一一对应连接；以及
选择控制电路，连接于信号检测器以及所述多路选择器，用于根据所述信号参数将所述多路选择器的输出端与所述多路选择器的其中一个所述输入端连接。
10.如权利要求1～8任一项所述的模数转换器，其特征在于，所述模数转换器还包括复位电路，所述复位电路用于在所述调制器每次对输入信号量化之后，将所述模数转换器复位，以消除本次量化的信息。
11.一种电量检测电路，其特征在于，包括上述权利要求1～10任一项所述模数转换器，所述电量检测电路还包括采样电路；所述采样电路一端用于采样输入电压，另一端连接于所述模数转换器。
12.一种电池管理系统，其特征在于，包括权利要求11所述的电量检测电路。
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| CN202011628072.2A CN114696830A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 模数转换器、电量检测电路以及电池管理系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN115208409A (zh) * | 2022-09-14 | 2022-10-18 | 芯海科技（深圳）股份有限公司 | 模数转换电路、芯片和电子设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002232621A (ja) * | 2001-02-05 | 2002-08-16 | Canon Inc | 画像読み取り装置，画像読み取り方法、ならびに、記憶媒体およびプログラム |
| CN205160504U (zh) * | 2015-11-03 | 2016-04-13 | 南京天易合芯电子有限公司 | 基于Sigma-Delta模数转换器的传感器读出电路 |
| CN108418435A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-17 | 杭州电子科技大学 | 一种同步整流反激式直流-直流电源转换装置 |
| CN109302183A (zh) * | 2018-07-26 | 2019-02-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种采样电路及采样方法 |
| US20190190516A1 (en) * | 2016-08-23 | 2019-06-20 | Denso Corporation | Ringing suppression circuit and ringing suppression method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104660214A (zh) * | 2013-11-21 | 2015-05-27 | 徐世铭 | 一种数字滤波器系统 |
-
2020
- 2020-12-31 CN CN202011628072.2A patent/CN114696830A/zh active Pending
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002232621A (ja) * | 2001-02-05 | 2002-08-16 | Canon Inc | 画像読み取り装置，画像読み取り方法、ならびに、記憶媒体およびプログラム |
| CN205160504U (zh) * | 2015-11-03 | 2016-04-13 | 南京天易合芯电子有限公司 | 基于Sigma-Delta模数转换器的传感器读出电路 |
| US20190190516A1 (en) * | 2016-08-23 | 2019-06-20 | Denso Corporation | Ringing suppression circuit and ringing suppression method |
| CN108418435A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-17 | 杭州电子科技大学 | 一种同步整流反激式直流-直流电源转换装置 |
| CN109302183A (zh) * | 2018-07-26 | 2019-02-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种采样电路及采样方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115208409A (zh) * | 2022-09-14 | 2022-10-18 | 芯海科技（深圳）股份有限公司 | 模数转换电路、芯片和电子设备 |
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