CN115694509A - 模数转换器、电量检测电路以及电池管理系统 - Google Patents

模数转换器、电量检测电路以及电池管理系统 Download PDF

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CN115694509A
CN115694509A CN202110871758.2A CN202110871758A CN115694509A CN 115694509 A CN115694509 A CN 115694509A CN 202110871758 A CN202110871758 A CN 202110871758A CN 115694509 A CN115694509 A CN 115694509A
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陈敏
丁召明
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Abstract

本申请实施例提供了一种模数转换器、电量检测电路以及电池管理系统，该模数转换器包括调制器、辅助转换模块以及输出模块，调制器用于在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中第一转换结果包括残差信号；辅助转换模块连接于调制器，用于对多个转换周期中的最后一个转换周期的残差信号进行转换，并输出第二转换结果；输出模块连接于调制器以及辅助转换模块，且用于根据第二转换结果对最后一个转换周期的残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。本申请实施例提供的模数转换器能够提高精度。

Description

模数转换器、电量检测电路以及电池管理系统
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。低阶增量式Σ-ΔADC对交流信号的测量精度高、动态响应快且功耗低；但是其对直流信号测量精度量化误差较大。因此，如何提高低阶增量式Σ-ΔADC对信号，特别是直流信号的测量精度，是本领域技术人员亟待解决的问题。
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、辅助转换模块以及输出模块，调制器用于在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中第一转换结果包括残差信号；辅助转换模块连接于调制器，用于对多个转换周期中的最后一个转换周期的残差信号进行转换，并输出第二转换结果；输出模块连接于调制器以及辅助转换模块，且用于根据第二转换结果对最后一个转换周期的残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。
在一些实施方式中，辅助转换模块的转换速率为调制器的转换速率的整数倍。
在一些实施方式中，辅助转换模块包括时钟产生电路以及辅助量化器，时钟产生电路，用于输出时钟信号，且时钟信号的时钟频率为调制器的转换频率的整数倍；辅助量化器连接于时钟产生电路与调制器，用于对最后一个转换周期的残差信号进行量化转换，并输出第二转换结果。
在一些实施方式中，输出模块包括数字积分滤波器、误差补偿模块以及加权模块，数字积分滤波器，连接于调制器，用于对第一转换结果进行滤波；误差补偿模块连接于辅助量化器，用于将第二转换结果转换为误差补偿信号；加权模块连接于数字积分滤波器以及误差补偿模块，用于对误差补偿信号进行等效处理且与第一转换结果叠加，并输出最终转换结果。
在一些实施方式中，当调制器的比特位数为1且辅助量化器的比特位数为2时，加权模块通过下式对误差补偿信号进行等效处理：
Figure BDA0003189432020000021
其中，VD为误差补偿信号；Vref为数模转换器的参考电压；PGA为调制器的增益；n为多个转换周期的周期数。
在一些实施方式中，模数转换器还包括复位电路，复位电路用于用于在每个转换周期调制器对输入信号进行转换之前，将模数转换器复位。
在一些实施方式中，调制器包括积分器、主量化器以及数模转换器，积分器用于在每个转换周期对输入信号和数模转换器的输出信号之差进行积分，以输出积分信号；主量化器连接积分器，用于对积分信号进行量化，以输出第一转换结果；数模转换器连接于主量化器输出端与积分器的输入端，且用于根据第一转换结果生成输出信号，并将输出信号反馈至积分器。
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。
本申请实施例还提供一种模数转换方法，应用于上述任一项的模数转换器，该方法包括在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中第一转换结果包括残差信号；在多个转换周期中的最后一个转换周期，对残差信号进行转换，并输出第二转换结果；以及根据第二转换结果对最后一个转换周期的第一转换结果中的残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。
本申请实施例提供的模数转换器、电量检测电路、电池管理系统以及模数转换方法，该模数转换器包括调制器、辅助转换模块以及输出模块，调制器用于在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中所述第一转换结果包括残差信号；辅助转换模块连接于所述调制器，用于对所述多个转换周期中的最后一个转换周期的所述残差信号进行转换，并输出第二转换结果；输出模块连接于所述调制器以及所述辅助转换模块，且用于根据所述第二转换结果对所述最后一个转换周期的所述残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。本实施例通过辅助转换模块在调制器的最后一个转换周期与调制器同时对输入信号进行转换，并根据第二转换结果对最后一个转换周期的残差信号进行补偿，从而提高该模数转换器的精度。
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的模数转换器的一种实施方式示例图。
图3示出了本申请实施例提供的一种一阶增量式Σ-ΔADC的示例图。
图4示出了本申请实施例提供的一种电量检测电路的电路示意图。
图5示出了本申请实施例提供的一种模数转换方法的流程示意图。
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，电量计是用来计量显示电池电量，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因可实现对电池的电压/电流信号精确采集被广泛用在电池电量监测系统。
低阶增量式Σ-ΔADC对交流信号的测量精度高、动态响应快且功耗低；但是其对直流信号测量精度量化误差较大。而手机电池电量监测系统对功耗要求高，电池电流随负载波动需要快速响应，其通常使用具有较低功耗的低阶增量式Σ-Δ ADC。因此，如何提高低阶增量式Σ-ΔADC对信号的测量精度，特别是直流信号的测量精度，是本领域技术人员亟待解决的问题。
经过发明人的长期研究与验证，本申请实施例提供一种模数转换器、电量检测电路、电池管理系统以及模数转换方法，该模数转换器包括调制器、辅助转换模块以及输出模块，调制器用于在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中所述第一转换结果包括残差信号；辅助转换模块连接于所述调制器，用于对所述多个转换周期中的最后一个转换周期的所述残差信号进行转换，并输出第二转换结果；输出模块连接于所述调制器以及所述辅助转换模块，且用于根据所述第二转换结果对所述最后一个转换周期的所述残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。本实施例通过辅助转换模块在调制器的最后一个转换周期与调制器同时对输入信号进行转换，并根据第二转换结果对最后一个转换周期的残差信号进行补偿，从而提高该模数转换器的精度。
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、辅助转换模块120以及输出模块130。调制器110用于在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中第一转换结果包括残差信号；辅助转换模块120连接于调制器110，且用于对多个转换周期中的最后一个转换周期的残差信号进行转换，并输出第二转换结果；输出模块130连接于调制器110以及辅助转换模块120，且用于根据第二转换结果对最后一个转换周期的残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。
调制器110为增量式Σ-Δ调制器。模数转换器100根据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接收输入信号并对输入信号进行转换。模数转换器100每次采样，调制器110可以对输入信号转换至少一次。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。为便于描述，下文将预设的多个转换周期中的全部转换周期称为“完整转换周期”。
进一步地，调制器110每次输出的第一转换结果包括残差信号，该残差信号与调制器110的转换误差相关。具体地，在每个转换周期，调制器对当前转换周期采样的输入信号与之前每个转换周期的累加转换误差进行转换，得到第一转换结果，因此第一转换结果中的残差信号对应于当前转换周期之前的各个转换周期的转换误差的叠加。假设预设的多个转换周期的周期数为n，则调制器110在第i个周期输出的第一转换结果中的残差信号对应于调制器110在前i-1个周期的累加转换误差，其中1≤i小于等于n。
作为一种实施方式，调制器110输出的第一转换结果为码值，该码值可以对应一个电压值，该电压值也即根据调制器110的第一转换结果反推出的输入信号对应的电压值，称为输入信号的理论值，该理论值与输入信号的实际值之差即为调制器 110的转换误差。进一步地，最后一个转换周期的残差信号对应于调制器110在完整转换周期内的转换误差的叠加，也即最后一个转换周期的第一转换结果对应的电压值与输入信号的实际电压值之差。例如，假设输入信号对应的实际电压值为1V，第一转换结果对应的电压值为1.1V，则转换误差为0.1V。又如，假设输入信号对应的实际电压值为1V，第一个转换周期的转换结果对应的电压值为1.1V，转换误差为0.1V；第二个转换周期的转换结果对应的电压值为0.8V，转换误差为-0.2V；前两个转换周期的转换误差叠加为-0.1V，则第三个转换周期输出的残差信号对应的转换误差为-0.1V。
本实施例中，辅助转换模块120在调制器110对输入信号进行最后一次转换时启动，此时在调制器110的最后一个转换周期，辅助转换模块120对残差信号进行转换，进而输出第二转换结果。
进一步地，由于调制器110在最后一个转换周期(第n个周期)输出的第一转换结果中的残差信号对应于复位周期和前n-1个转换周期内的转换误差的叠加，该转换误差的叠加值除以n即为调制器的最终转换误差，因此最后一个转换周期的残差信号可用于表征调制器的最终转换误差。辅助转换模块120在调制器110最后一次转换时对残差信号进行转换，因此输出模块130根据第二转换结果对最后一个转换周期的第一转换结果中的残差信号进行补偿，相当于对调制器110的最终转换误差进行补偿，因此输出模块130输出的最终转换结果的转换误差相对于调制器110 输出的第一转换结果的转换误差更小，从而提高了模数转换器100的转换精度。同时，由于辅助转换模块120仅在调制器110最后一个转换周期才启动，因此辅助转换模块120基本不会增加模数转换器100的功耗，从而使得模数转换器100能够保持低功耗。
因此，本实施例提供的模数转换器100通过辅助转换模块120在调制器110对输入信号进行最后一次转换时对残差信号进行转换，输出第二转换结果；并通过输出模块130连接于调制器110以及辅助转换模块120，且用于根据第二转换结果对最后一个转换周期的第一转换结果中的残差信号进行补偿，从而使得输出模块130 最后输出的最终转换结果相比于调制器110输出的第一转换结果的转换误差更小，从而提高模数转换器100保持低功耗的同时提高转换精度。
在一些实施方式中，如图2所示，调制器110包括积分器111、主量化器112 以及数模转换器113；其中，积分器111为增量式Σ-Δ调制积分器，积分器111用于在每个转换周期对输入信号和数模转换器113的输出信号之差进行积分，以输出积分信号；主量化器112连接于积分器111，且用于对积分信号进行量化，以输出第一转换结果；数模转换器113连接于主量化器112输出端与积分器111的输入端，以形成反馈通路，数模转换器113用于根据第一转换结果生成输出信号，并将输出信号反馈至积分器111。进一步地，调制器110还包括第一增益模块114、第二增益模块115以及第三增益模块116。其中第一增益模块114的输入端用于接收输入信号，输出端连接于积分器111的输入端；第二增益模块115设于积分器111与主量化器112之间，且第二增益模块115的输入端连接于积分器111的输出端，输出端连接于主量化器112的输入端；第三增益模块116设于反馈通路，且第三增益模块 116的输入端连接于数模转换器113的输出端，输出端连接于积分器111的输入端。由于调制器110输出的第一转换结果为主量化器112的量化结果，因此下文将调制器110的转换误差称为“量化误差”。
作为一种示例，主量化器112为一阶单比特量化器，即主量化器112的比特位数为1，主量化器112的输出码值为0或1，此时，主量化器112可采用比较器实现。相应地，数模转换器113根据主量化器112的输出码值输出相应的反馈电压。例如，当主量化器112的输出码值为1时，数模转换器113输出第一反馈电压，当主量化器112的输出码值为0时，数模转换器113输出第二反馈电压。
本实施例中，调制器110为Σ-Δ调制器，其采样及转换频率远高于输入信号的频率，而上述反馈环路的跟踪性能将使得第一转换结果对应的电压值与输入信号之间的差值的长期平均值趋向于零，即多次转换后平均量化误差或叠加量化误差将趋于零。这样，第一转换结果逐渐逼近于输入值，从而实现模数转换。在实际转换过程中，平均量化误差虽然越来越小，但始终存在，因此本实施例通过辅助转换模块120对调制器110的量化误差进行补充，以提高模数转换器100的转换精度。
辅助转换模块120包括时钟产生电路121以及辅助量化器122。其中，时钟产生电路121用于输出时钟信号，且该时钟信号的时钟频率为调制器110的转换频率的整数倍。辅助量化器122连接于时钟产生电路121与调制器110，用于对最后一个转换周期的残差信号进行量化转换，并输出第二转换结果。
具体地，辅助量化器122的输入端与主量化器112的输入端连接，并且在主量化器112对输入信号进行最后一次量化时启动工作，辅助量化器122与主量化器112 同步对第二增益模块115的输出信号进行量化。主量化器112在最后一次量化后所得到的第一转换结果与输入信号并不相同，该第一转换结果与输入信号之间的差异即为残差信号；此时当辅助量化器122在主量化器112最后一次量化时同步启动量化，辅助量化器122即对残差信号进行量化。本实施例中，辅助转换模块120的转换速率是调制器110转换速率的整数倍，也即辅助量化器122以前述的时钟信号为高频参考时钟，辅助量化器122的量化速率为主量化器112的量化速率的整数倍。在主量化器112的最后一次量化期间，辅助量化器122以主量化器112量化速率整数倍的量化速率对残差信号进行量化，辅助量化器122的量化次数为主量化器112 的量化次数的整数倍，此时辅助量化器122和主量化器112同步输出量化信息，且在最后一次量化期间辅助量化器122输出的码值的数量是主量化器112输出的码值的数量的整数倍。例如，若辅助量化器122的量化速率是主量化器112的量化速率的两倍，则在最后一次量化期间主量化器112输出一个码值，辅助量化器122输出两个码值。可以理解的是，辅助量化器122输出的量化信息也即辅助转换模块120 输出的第二转换结果。
进一步地，输出模块130包括数字积分滤波器131、误差补偿模块132以及加权模块133。其中，数字积分滤波器131连接于调制器110，用于对第一转换结果进行滤波；误差补偿模块132连接于辅助量化器122，用于将第二转换结果转换为误差补偿信号；加权模块133连接于数字积分滤波器131以及误差补偿模块132，用于对误差补偿信号进行等效处理且与第一转换结果叠加，并输出最终转换结果。
具体地，本实施例中，数字积分滤波器131连接于主量化器112的输出端，以对主量化器112输出的量化信息进行数字滤波。数字积分滤波器131可以是低阶数字积分滤波器131，也可以是高阶数字积分滤波器131，本实施例不对数字积分滤波器131阶数进行限定。作为一种示例，数字积分滤波器131可以用于计算完整转换周期内主量化器输出的多个第一转换结果的平均值，该平均值即表征主量化器 112的最终量化结果。可选地，数字积分滤波器131可通过数字电路或软件实现。
误差补偿模块132将辅助量化器122输出的第二转换结果转换为误差补偿信号。具体地，误差补偿模块132将辅助量化器122输出的码值转换为模拟信号，以便于后续对第二转换结果进行处理。例如，假设辅助量化器122输出码值D[0:1]＝11，则误差补偿模块132将该码值转换为模拟信号，输出VD[0：1]＝3。可以理解的是，转换后的模拟信号也即误差补偿信号。
加权模块133将误差补偿模块132输出的误差补偿信号做进一步的等效处理，并将处理后的误差补偿信号加权到数字积分滤波器131。具体地，由于辅助量化器 122的量化速率是主量化器112的量化速率的整数倍，使得在最后一次量化期间，辅助量化器122输出的码值的数量(即比特位数)是主量化器112输出的码值的数量的倍数，此时加权模块133根据主量化器112的比特位数将辅助量化器122输出的码值进行等效处理，以使得辅助量化器122输出的第二转换结果能够与主量化器 112输出的第一转换结果加权。例如，假设辅助量化器122输出码值D[0:1]＝11，其包括两个码值；主量化器112最后一次量化输出一个码值，此时经误差补偿模块132 将码值D[0:1]转换为模拟信号后，加权模块133将数模转换后的D[0:1]等效处理为一个码值进而输出数字信号，再将等效处理后的数字信号累加到数字积分滤波器 131，从而对主量化器112输出的第一转换结果进行补偿。
本实施例中，当调制器的比特位数为1且辅助量化器的比特位数为2时，加权模块133可以通过下式对误差补偿信号进行等效处理。
Figure BDA0003189432020000111
其中， Vq-comp为等效误差补偿信号；VD为误差补偿信号；Vref为数模转换器113的参考电压； PGA为调制器110的增益；n为多个转换周期的周期数。
进一步地，加权模块133将等效误差补偿信号转换为数字信号后累加到数字积分滤波器131，从而对主量化器112输出的第一转换结果进行加权，并输出最终转换结果。该最终转换结果由于等效误差补偿信号的补偿作用，其量化误差相对于主量化器112输出的第一转换结果更小，同时由于辅助量化器122仅在主量化器112 最后一次量化时启动，从而有效提高模数转换器100的采样精度、线性度，减小量化误差的影响，并在不在增加功耗的情况下既提升精度，又保持快速动态响应能力。
如图3所示，以下将以一阶增量式Σ-ΔADC为例对本申请实施例提供的模数转换器100的原理进行详细说明。
模数转换器100还包括复位电路(图中未示出)。复位电路用于在调制器110 的每个转换周期、在对输入信号进行转换之前，将模数转换器100复位，以消除模数转换器100上次的量化信息。具体地，复位电路可以对主量化器112、辅助量化器122以及数字积分滤波器131进行复位。
当模数转换器100对输入信号进行转换时，在复位阶段：V1[0]＝0 (1)；
其中V1[0]为复位阶段第二增益模块115的输出信号，以下将复位阶段称为第0 次转换。
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(即第一次转换时)第二增益模块115的输出信号；a1为第一增益模块114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113的基准信号；D[0]为复位阶段主量化器112 输出的码值。
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(即第二次转换时)第二增益模块115的输出信号；Vin[1]为模数转换器100在第一个转换周期采样到的输入信号；D[1]为第一次转换时主量化器112输出的码值。
由此可推导出在第n次转换：
Figure BDA0003189432020000121
其中，V1[n]为第n次转换时第二增益模块115的输出信号；Vin[k]为输入信号； D[k]为数字积分滤波。
由于该模数转换器100为一阶增量式Σ-ΔADC，因此输入信号Vin满足下式：
Figure BDA0003189432020000122
其中，PGA为模数转换器100的增益，PGA＝a1/b1；D[k]为第k个转换周期主量化器112输出的码值，即第k个转换周期的第一转化结果。
在式(7)中，
Figure BDA0003189432020000123
Vq＝[V1[n]/(b1*a2)]/(n*PGA)。
其中，-Vref/(n*PGA)≤Vq≤Vref/(n*PGA)；-Vref*b1*a2≤V1[n]≤Vref*b1*a2。Vin'为主量化器112的最终转换结果对应的输入电压，及输入电压的理论值；Vq为第一转换结果的残余误差，即该理论值与实际的输入电压之间的差值。
本申请实施例中，在主量化器112最后一次转换时，辅助量化器122启动与主量化器112对第二增益模块115的输出信号进行同步量化，辅助量化器122的转换速率是主量化器112的转换速率Fs的M倍。本实施例中，取M＝2。也即，辅助量化器122输出的第二转换结果为D[0:1]。
进一步地，主量化器112的输出范围为-Vref～+Vref，定义量化电平为4个区间。
当-Vref≤V1[n]|/(b1*a2)≤-Vref/2时，D[0:1]＝00，此时误差补偿模块132输出的误差补偿信号VD[0：1]＝0，加权模块133输出的等效误差补偿信号
Figure BDA0003189432020000131
当-Vref/2＜V1[n]|/(b1*a2)≤0时，D[0:1]＝01，此时误差补偿模块132输出的误差补偿信号VD[0：1]＝1，加权模块133输出的等效误差补偿信号
Figure BDA0003189432020000132
当0＜V1[n]|/(b1*a2)≤Vref/2时，D[0:1]＝10，此时误差补偿模块132输出的误差补偿信号VD[0：1]＝2，加权模块133输出的等效误差补偿信号
Figure BDA0003189432020000133
当Vref/2＜V1[n]/(b1*a2)≤Vref时，D[0:1]＝11，此时误差补偿模块132输出的误差补偿信号VD[0：1]＝3，加权模块133输出的等效误差补偿信号
Figure RE-GDA0003347131270000144
假设a1＝40/15，b1＝4/15，a2＝21/24，PGA＝10，输入信号Vin＝5.4uV，Vref＝1.2V， Fs＝65536Hz，n＝65536。
此时主量化器112的量化误差Vq＝[V1[n]|/(b1*a2)]|/(n*PGA)＝1.74μV；第一转换结果 Vin'＝Vin-Vq＝3.66μV，也即主量化器112输出的第二转换结果的测量误差为1.74uV。
进一步地，假设辅助量化器122输出的第二转换结果D[0:1]＝11，那么此时加权模块133输出的等效误差补偿信号
Figure BDA0003189432020000141
加权模块133将等效误差补偿信号与主量化器112输出的第一转换结果叠加后，输出最终转换结果Vin”＝3.66μV+1.83μV＝5.49μV，此时最终转换结果Vin”的测量误差为0.09uV。因此，模数转换器100的测量误差由1.74uV减小为0.09uV，模数转换器100的精度得以提升。由此可见，模数转换器100的量化误差小，保持低功耗的同时测量精度高，且动态响应能力好。
本申请实施例提供的模数转换器包括调制器、辅助转换模块以及输出模块，调制器用于在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中所述第一转换结果包括残差信号；辅助转换模块连接于所述调制器，用于对所述多个转换周期中的最后一个转换周期的所述残差信号进行转换，并输出第二转换结果；输出模块连接于所述调制器以及所述辅助转换模块，且用于根据所述第二转换结果对所述最后一个转换周期的所述残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。本实施例通过辅助转换模块在调制器的最后一个转换周期与调制器同时对输入信号进行转换，并根据第二转换结果对最后一个转换周期的残差信号进行补偿，从而提高该模数转换器的精度。
如图4所示，本申请实施例还提供一种电量检测电路200。电量检测电路200 包括采样电路210以及上述的模数转换器100。其中，采样电路210的一端用于采样输入信号，另一端连接于模数转换器100。
采样电路210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210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、辅助转换模块以及输出模块，调制器用于在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中所述第一转换结果包括残差信号；辅助转换模块连接于所述调制器，用于对所述多个转换周期中的最后一个转换周期的所述残差信号进行转换，并输出第二转换结果；输出模块连接于所述调制器以及所述辅助转换模块，且用于根据所述第二转换结果对所述最后一个转换周期的所述残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。本实施例通过辅助转换模块在调制器的最后一个转换周期与调制器同时对输入信号进行转换，并根据第二转换结果对最后一个转换周期的残差信号进行补偿，从而提高该模数转换器的精度。
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。
如图5所示，本申请实施例还提供一种模数转换方法300，模数转换方法300 可以应用于增量式Σ-ΔADC，模数转换方法300包括以下步骤S310～步骤S330。
步骤S310：在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中第一转换结果包括残差信号。
本实施例中，模数转换器根据采样时钟采样输入信号，并对输入信号进行转换。模数转换器每次采样，可以对输入信号转换至少一次。
每次的第一转换结果包括残差信号，该残差信号与转换误差相关。具体地，在每个转换周期，对当前转换周期采样的输入信号与之前每个转换周期的累加转换误差进行转换，得到第一转换结果，因此第一转换结果中的残差信号对应于当前转换周期之前的各个转换周期的转换误差的叠加。假设预设的多个转换周期的周期数为 n，则调制器110在第i个周期输出的第一转换结果中的残差信号对应于调制器110 在前i-1个周期的累加转换误差，其中1≤i小于等于n。
步骤S320：在多个转换周期中的最后一个转换周期，对残差信号进行辅助转换，并输出第二转换结果。
本实施例中，在模数转换器最后一个转换周期时，可以同时对残差信号进行辅助转换。具体地，可以通过额外的辅助转换模块在模数转换器最后一个周期启动，与该模数转换器同步对残差信号进行辅助量化，进而得到第二转换结果。
步骤S330：根据第二转换结果对最后一个转换周期的第一转换结果中的残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。
本实施例中，由于在最后一个转换周期(第n个周期)输出的第一转换结果中的残差信号对应于复位周期和前n-1个转换周期内的转换误差的叠加，该转换误差的叠加值除以n即为最终转换误差，因此最后一个转换周期的残差信号可用于表征最终转换误差。在最后一次转换时对残差信号进行辅助转换，因此可以根据第二转换结果对最后一个转换周期的第一转换结果中的残差信号进行补偿，相当于对最终转换误差进行补偿，因此最终转换结果的转换误差相对于第一转换结果的转换误差更小，从而提高了模数转换器的转换精度。
本申请实施例提供的模数转换方法在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中第一转换结果包括残差信号；并在多个转换周期中的最后一个转换周期，对残差信号进行辅助转换，并输出第二转换结果；然后根据第二转换结果对最后一个转换周期的第一转换结果中的残差信号进行补偿，并输出最终转换结果，从而提高模数转换器的精度。
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 (10)

1.一种模数转换器，其特征在于，包括：
调制器，用于在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中所述第一转换结果包括残差信号；
辅助转换模块，连接于所述调制器，用于对所述多个转换周期中的最后一个转换周期的所述残差信号进行转换，并输出第二转换结果；以及
输出模块，连接于所述调制器以及所述辅助转换模块，且用于根据所述第二转换结果对所述最后一个转换周期的所述残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。
2.如权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述辅助转换模块的转换速率为所述调制器的转换速率的整数倍。
3.如权利要求2所述的模数转换器，其特征在于，所述辅助转换模块包括：
时钟产生电路，用于输出时钟信号，所述时钟信号的时钟频率为所述调制器的转换频率的整数倍；以及
辅助量化器，连接于所述时钟产生电路与所述调制器，用于对所述最后一个转换周期的所述残差信号进行量化转换，并输出所述第二转换结果。
4.如权利要求3所述模数转换器，其特征在于，所述输出模块包括：
数字积分滤波器，连接于所述调制器，用于对所述第一转换结果进行滤波；以及
误差补偿模块，连接于所述辅助量化器，用于将所述第二转换结果转换为误差补偿信号；以及
加权模块，连接于所述数字积分滤波器以及所述误差补偿模块，用于对所述误差补偿信号进行等效处理且与所述第一转换结果叠加，并输出所述最终转换结果。
5.如权利要求4所述的模数转换器，其特征在于，当所述调制器的比特位数为1且所述辅助量化器的比特位数为2时，所述加权模块通过下式对所述误差补偿信号进行等效处理：
Figure FDA0003189432010000021
其中，VD为所述误差补偿信号；Vref为所述数模转换器的参考电压；PGA为所述调制器的增益；n为所述所述多个转换周期的周期数。
6.如权利要求1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每个所述转换周期所述调制器对所述输入信号进行转换之前，将所述模数转换器复位。
7.如权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述调制器包括积分器、主量化器以及数模转换器；
所述积分器用于在每个所述转换周期对所述输入信号和所述数模转换器的输出信号之差进行积分，以输出积分信号；
所述主量化器连接所述积分器，且用于对所述积分信号进行量化，以输出所述第一转换结果；以及
所述数模转换器连接于所述主量化器的输出端与所述积分器的输入端，且用于根据所述第一转换结果生成输出信号，并将输出信号反馈至所述积分器。
8.一种电量检测电路，其特征在于，包括上述权利要求1～7一项所述模数转换器，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。
9.一种电池管理系统，其特征在于，包括权利要求8所述的电量检测电路。
10.一种模数转换方法，应用于上述权利要求1～7任一项所述的模数转换器，其特征在于，所述方法包括：
在预设的多个转换周期内分别对输入信号进行转换，并在每次转换后输出第一转换结果，其中所述第一转换结果包括残差信号；
在所述多个转换周期中的最后一个转换周期，对所述残差信号进行转换，并输出第二转换结果；以及
根据所述第二转换结果对所述最后一个转换周期的第一转换结果中的所述残差信号进行补偿，并输出最终转换结果。
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