CN115469134A - 一种自适应宽动态模数转换电路 - Google Patents

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姜凯
赵鑫鑫
王帅
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Abstract

一种自适应宽动态模数转换电路，模数转换电路对模数转换后的数字信号进行实时监测，依据数字信号调整前端运算放大器压缩电阻以及偏置电压，实现模拟信号宽动态的自适应控制。该电路实现了模拟信号宽动态的自适应控制，灵活性强，在宽动态模拟信号调理中具有广泛的应用前景。

Description

一种自适应宽动态模数转换电路
技术领域
本发明涉及信号处理电路领域，具体涉及一种自适应宽动态模数转换电路。
背景技术
在电子领域中，许多传感器的输出为模拟信号，为了进行后续信号的处理分析，需要将模拟信号转换为数字信号。模拟信号转化为数字信号的过程包含了采样、保持、量化等步骤。模拟信号调理的相关参数，决定了后续数字信号处理的结果，特别是在一些宽动态模拟信号调理中。但是现有的模数转换电路对宽动态模拟信号的适应性不强，导致无法应用在宽动态模拟信号的调理中。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种解决宽动态模拟信号模数转换的问题的电路。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种自适应宽动态模数转换电路，包括：
运算放大器，其输入端连接模拟信号和偏置电压，运算放大器对输入模拟信号进行缩放和偏置处理；
模数转换器，其输入端连接于运算放大器的输出端，模数转换器将经运算放大器调理后的模拟信号转换为数字信号；
数字逻辑电路，其输入端连接于模数转换器的输出端，数字逻辑电路由信号处理模块及自适应宽动态控制模块构成，自适应宽动态控制模块试试监测数字信号，当数字信号超出系统阈值时，信号处理模块通过偏置电压调整电路调整输入运算放大器输入端的偏置电压。
进一步的，还包括相互串联的电阻R1和电阻R2，模拟信号经电阻R1和电阻R2后输入运算放大器。
进一步的，输入到运算放大器的模拟信号的电压最大值为VH，电压最小值为VL，偏置电压为V，V=（VH+VL）/2。
进一步的，还包括数字电位器，模拟信号经数字电位器后输入运算放大器，当数字信号超出系统阈值时，信号处理模块调整数字电位器的阻值。
本发明的有益效果是：模数转换电路对模数转换后的数字信号进行实时监测，依据数字信号调整前端运算放大器压缩电阻以及偏置电压，实现模拟信号宽动态的自适应控制。该电路实现了模拟信号宽动态的自适应控制，灵活性强，在宽动态模拟信号调理中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明的电路结构图；
图2为本发明的运算放大器的流程图；
图3为本发明的数字逻辑电路部位的流程图；
图中，1.运算放大器 2.模数转换器 3.数字逻辑电路 4.偏置电压调整电路 5.数字电位器。
具体实施方式
下面结合附图1、附图2、附图3对本发明做进一步说明。
一种自适应宽动态模数转换电路，包括：运算放大器1，其输入端连接模拟信号和偏置电压，运算放大器1对输入模拟信号进行缩放和偏置处理；模数转换器2，其输入端连接于运算放大器1的输出端，模数转换器2将经运算放大器1调理后的模拟信号转换为数字信号；数字逻辑电路3，其输入端连接于模数转换器2的输出端，数字逻辑电路3由信号处理模块及自适应宽动态控制模块构成，自适应宽动态控制模块试试监测数字信号，当数字信号超出系统阈值时，信号处理模块通过偏置电压调整电路4调整输入运算放大器1输入端的偏置电压。实现了模拟信号宽动态的自适应控制，灵活性强，在宽动态模拟信号调理中具有广泛的应用前景。
具体的，输入到运算放大器1的模拟信号的电压最大值为VH，电压最小值为VL，偏置电压为V，V=（VH+VL）/2。
进一步的，还包括相互串联的电阻R1和电阻R2，模拟信号经电阻R1和电阻R2后输入运算放大器1。电阻R1和电阻R2起到输入到运算放大器1的模拟信号的缩放比例的调节，缩放比例为K，K=R1/R2。
优选的，还包括数字电位器5，模拟信号经数字电位器5后输入运算放大器1，当数字信号超出系统阈值时，信号处理模块调整数字电位器5的阻值。数字电位器5是一种可以通过SPI等通信协议配置的电位器，该电位器阻值与电阻R1和电阻R2的作用相同，实现对运算放大器1对输入模拟信号缩放比例的调整。
下面以图像传感器为例说明该电路具体实施方式，包含以下步骤：
(1)光照条件良好(白天)环境下，图像传感器感应输出图像模拟信号，信号范围为1V-3.4V，模数转换电路2输入模拟信号范围参数为-1V-+1V，偏置电压设置为2.2V((1V+3.4V)/2),偏置后未压缩前模拟信号的范围为-1.2V-+1.2V，因此压缩比例K=0.8较为合适，缩放后的模拟信号范围为-0.96V-+0.96V，相应地，设置数字电位器5阻值R1为4K欧姆，R2为5K欧姆即可；
(2)数字逻辑电3路包含数字信号处理模块以及自适应宽动态控制模块。数字信号处理模块实现对数字信号的处理、运算并输出相应结果。自适应宽动态控制模块实时监测数字信号，当数字信号超出系统阈值时，进入步骤(3)；
(3)光照条件较差(夜晚)环境下，图像传感器感应输出图像模拟信号，信号范围为1V-2V，模数转换电路输入模拟信号范围参数为-1V-+1V，偏置电压设置为1.5V((1V+2V)/2),偏置后未压缩前模拟信号的范围为-0.5V-+0.5V，因此压缩比例K=1.9较为合适，缩放后的模拟信号范围为-0.95V-+0.95V，相应地，设置数字电位器5阻值R1为19K欧姆，R2为10K欧姆即可；
(4) 数字信号处理模块实现对数字信号的处理、运算并输出相应结果。自适应宽动态控制模块实时监测数字信号，当数字信号超出系统阈值时，进入步骤(1)或步骤(3)。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种自适应宽动态模数转换电路，其特征在于，包括：
运算放大器（1），其输入端连接模拟信号和偏置电压，运算放大器（1）对输入模拟信号进行缩放和偏置处理；
模数转换器（2），其输入端连接于运算放大器（1）的输出端，模数转换器（2）将经运算放大器（1）调理后的模拟信号转换为数字信号；
数字逻辑电路（3），其输入端连接于模数转换器（2）的输出端，数字逻辑电路（3）由信号处理模块及自适应宽动态控制模块构成，自适应宽动态控制模块试试监测数字信号，当数字信号超出系统阈值时，信号处理模块通过偏置电压调整电路（4）调整输入运算放大器（1）输入端的偏置电压。
2.根据权利要求1所述的自适应宽动态模数转换电路，其特征在于：还包括相互串联的电阻R1和电阻R2，模拟信号经电阻R1和电阻R2后输入运算放大器（1）。
3.根据权利要求1所述的自适应宽动态模数转换电路，其特征在于：输入到运算放大器（1）的模拟信号的电压最大值为VH，电压最小值为VL，偏置电压为V，V=（VH+VL）/2。
4.根据权利要求1所述的自适应宽动态模数转换电路，其特征在于：还包括数字电位器（5），模拟信号经数字电位器（5）后输入运算放大器（1），当数字信号超出系统阈值时，信号处理模块调整数字电位器（5）的阻值。
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