CN202750073U - 一种并联模数信号转换装置 - Google Patents

Abstract

一种并联模数信号转换装置，包括权位电压产生模块、级联电压减法器、权位电压比较器、输入端和N个数字输出端；上述各部分及他们之间的连线都布置在同一块PCB板上。权位电压产生模块生成权位电压；级联电压减法器对输入的模拟电压进行电压减法运算；权位电压比较器生成输出的数字比较信号。采用本实用新型的并联模数信号转换装置，各个元器件和之间的连线布置在PCB板上，可以自由选择布局方式，连线线宽和走线方式，转化精度通过增加减法器和比较器的级数即可实现，配合选择输出驱动强的比较器芯片，可以在达到高精度的同时，实现高速度。

Description

一种并联模数信号转换装置

技术领域

本实用新型涉及一种并联模数信号转换装置。

背景技术

随着数字电子技术的迅速发展，各种数字设备，特别是数字电子计算机的应用日益广泛，几乎渗透到国民经济的所有领域之中。数字计算机只能够对数字信号进行处理，处理的结果还是数字量，它在用于生产过程自动控制的时候，所要处理的变量往往是连续变化的物理量，如温度、压力、速度等都是模拟量，这些非电子信号的模拟量先要经过传感器变成电压或者电流信号， 然后再转换成数字量，才能够送往计算机进行处理。 

模拟量转换成数字量的过程被称为模数转换，简称A/D(Analog to Digital)转换；完成模数转换的电路被称为 A/D 转换器，简称 ADC(Analog to Digital Converter)。模拟信号由传感器转换为电信号，经放大送入 AD 转换器转换为数字量，由数字电路进行处理。为了保证数据处理结果的准确性， AD转换器必须有足够的转换精度。同时，为了适应快速过程的控制和检测的需要，AD转换器还必须有足够快的转换速度。因此，转换精度和转换速度乃是衡量 AD转换器和 DA转换器性能优劣的主要标志。

现有的高速或高精度模数转换都是采用专用的模数转换芯片，不仅价格昂贵，采购周期长，而且由于芯片集成制造的局限性，使得这些模数转换芯片很难同时满足同时具备高精度和高速度的要求，输出精度高的模数转换芯片，驱动能力和运算速度都很慢。而运算速度高，驱动能力强的模数转换芯片，精度则不高。芯片有限的面积和内部走线宽度限制了模数转换芯片的速度和精度性能。

实用新型内容

为克服模数转换芯片不能满足同时具备高精度和高速度要求的缺陷，本实用新型提供一种并联模数转换装置：

本实用新型的技术方案如下: 一种并联模数信号转换装置，包括权位电压产生模块（2）、级联电压减法器（3）、权位电压比较器（4）、输入端（1）和N个数字输出端G₁~G_N；上述各部分及它们之间的连线都布置在同一块PCB上；

权位电压产生模块（2）：生成权位电压，包括产生基准电压的基准电压产生模块和将基准电压分压产生权位电压的电阻网络，还包括N个权位电压输出端A₁~A_N；电阻网络将基准电压分压，基准电压与权位电压输出端A₁连接，各个分压点V₁~V_N-1与权位电压输出端A₂~A_N-连接；

级联电压减法器（3）：对输入的模拟电压进行电压减法运算级联运算，输出N-1个模拟电压O₁~O_N-1，O₁为输入电压减去基准电压，从O₂开始

当                                                

：

当

：

   

其中VO_M为第M个模拟电压O_M的电压值，VP_M为权位电压产生模块输出端A_M的权位电压值,

权位电压比较器（4）：生成N个输出的数字比较信号D₁~D_N，分别与所述并联模数信号转换装置的数字输出端G₁~G_N连接；

其中N为大于1的整数，M为大于1但不大于N的整数。

具体的，所述级联电压减法器（3）包括N-1个级联的减法器，每个减法器包括工作状态选择电路和减法电路，模拟电压输入端I₁~I_N-1，权位电压输入端B₁~B_N-1，比较信号输入端C₁~C_N-1，模拟电压输出端O₁~O_N-1；工作状态选择电路有控制端（21）、输入端（22）和输出端（23），控制端（21）与比较信号输入端连接，工作状态选择电路的输入端（22）与权位电压输入端连接，输出端（23）与减法电路的第一输入端（24）连接，减法电路包括第一输入端（24）、第二输入端（25）和输出端（26），减法电路的第二输入端与模拟电压输入端连接，减法电路的输出端与模拟电压输出端连接，减法电路将两个输入端（24）、（25）的电压进行模拟相减运算后输出到输出端；第一级电压减法器的模拟电压输入端I₁与并联模数信号转换装置的输入端（1）连接，其余各级的电压减法器的模拟电压输入端与上一级电压减法器的模拟电压输出端相连；各级的权位电压输入端B₁-B_N-1分别与权位电压产生模块的权位电压输出A₁~A_N-1端对应连接，各级的比较信号输入端C₁~C_N-1分别与权位电压比较器的比较信号输出端D₁~D_N-1对应连接。

具体的，所述权位电压比较器包括N个比较器，每个比较器包括同相比较输入端E₁~E_N，反相比较输入端F₁~F_N和比较信号输出端D₁~D_N，各反相比较输入端E₁~E_N与权位电压产生模块的权位电压输出端A₁~A_N连接,同相比较输入端F₁与并联模数信号转换装置的输入端连接，F₂~F_N与级联电压减法器的模拟电压输出端O₁~O_N-1连接，比较信号输出端D₁~D_N还与所述并联模数信号转换装置的数字输出端G₁~G_N连接。

具体的，所述电阻网络为R-2R级联结构，包括（N-1）级串联的电阻结构R₁~R_N-1，电阻结构R₁~R_N-1均包括串联的第一电阻和第二电阻,第一电阻和第二电阻的电阻阻值比为1:2, 该第一电阻的自由端与上一级电阻结构的第一和第二电阻的连接点连接，第二电阻的自由端接地；第一级电阻结构的第一电阻的自由端与基准电压产生模块的基准电压输出端相连，每个电阻结构R₁~R_N-1的第一和第二电阻的连接点即为所述的分压点V₁~V_N-1,分别与所述权位电压输出端A₂~A_N连接。利用上述电阻网络结构得到的各个权位电压为依次减小50%的等比电压，基准电压产生模块的基准电压输出端还连接到权位电压输出端A₁。

优选的，所述权位电压产生模块还包括N个电压跟随器，N个电压跟随器的输入端与基准电压和电阻网络的分压点V₁~V_N-1连接，N个电压跟随器输出端与权位电压输出端A₁~A_N连接。电阻网络分压产生的各个权位电压驱动能力不同，且各个权位电压被电路相连，容易相互影响。采用电压跟随器一方面增大了权位电压驱动能力，一方面屏蔽了各个权位电压之间的相互影响。

具体的，所述减法电路包括运算放大器和阻值相同的四个电阻，电阻和运算放大器接成反馈的形式，通过反馈使运算放大器的两个输入端电压相等，实现电压减法运算。

具体的，所述工作状态选择电路为NMOS管，NMOS的栅极与比较信号输入端连接，源极和衬底与权位电压输入端连接，漏极与减法电路的第一输入端连接。当比较信号输入端电压为高时，进行减法运算，当比较信号输入端电压为低时，进行电压跟随。

具体的，基准电压生成电路为精密电压源芯片TL431。

具体的，运算放大器为芯片LM2902。

优选的，所述输出端G₁~G_N均通过电阻与一个直流正电源连接。提高输出端的上拉能力。

优选的，所述PCB板为可多层布线和双面布局使用的，所述并联模数信号转化装置的各个模块布置在PCB板的两个不同使用面：第一使用面和第二使用面上，可以缩小装置的体积。

进一步的，所述并联模数信号转化装置的权位电压比较器布置在PCB板的第一使用面上，权位电压产生模块和级联电压减法器布置在PCB板的第二使用面上。有利于提高精度和速度。

采用本实用新型所述的并联模数转换装置，各个元器件和之间的连线布置在PCB板上，可以自由选择布局方式，连线线宽和走线方式，转化精度通过简单增加减法器和比较器的级数即可实现，配合选择输出驱动强的比较器芯片，可以在达到高精度的同时，实现高速度。

 本实用新型所述的权位电压产生模块由芯片和电阻网络组成，易于扩大输入模拟信号的检测范围；通过选择比较器和运算放大器芯片可以选择不同的工作的电压和驱动能力，因此本实用新型所述的并联数模转化装置可以在较宽范围的电源电压下工作，并易于提供较强的输出驱动能力。

附图说明

图1示出本实用新型所述并联模数转换装置各模块和连接方式示意图；

图2示出本实用新型级联电压减法器的一种具体实施方式的示意图；

图3示出本实用新型权位电压产生模块的一种具体实施方式的示意图；

图4示出本实用新型的典型使用示意图；

图5示出本实用新型中一种电压跟随器的实现方式；

各图中附图标记名称为：1.输入端 2.权位电压产生模块 3.级联电压减法器 4.权位电压比较器 21.工作状态选择电路控制端22. 工作状态选择电路输入端23. 工作状态选择电路输出端24.减法电路第一输入端 25.减法电路第二输入端 26.减法电路输出端  31.第一电阻 32.第二电阻 33.串联连接点34.第一电阻自由端 35.第二电阻自由端 41.运算放大器 42~45.减法电路电阻； 

权位电压输出端A₁~A_N

权位电压输入端B₁~B_N-1

比较信号输入端C₁~C_N-1

比较信号输出端D₁~D_N

同相比较输入端E₁~E_N，

反相比较输入端F₁~F_N

数字输出端G₁~G_N

模拟电压输入端I₁~I_N-1

模拟电压输出端O₁~O_N-1   

电阻结构R₁~R_N-1

分压点V₁~V_N-1

基准电压VREF

地GND

输入模拟电压值XIN

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实用新型提供一种并联数模转换装置，包括权位电压产生模块2、级联电压减法器3、权位电压比较器4、输入端1和N个数字输出端G₁~G_N；上述各部分及他们之间的连线都布置在同一块PCB（Printed circuit board 印制电路板）上；

权位电压产生模块（2）：生成权位电压，包括产生基准电压的基准电压产生模块和将基准电压分压产生权位电压的电阻网络，还包括N个权位电压输出端A₁~A_N；电阻网络将基准电压分压，基准电压与权位电压输出端A₁连接，各个分压点V₁~V_N-1与权位电压输出端A₂~A_N-连接；

级联电压减法器（3）：对输入的模拟电压进行电压减法运算级联运算，输出N-1个模拟电压O₁~O_N-1，O₁为输入电压减去基准电压，从O₂开始

当

：

当

：

   

其中VO_M为第M个模拟电压O_M的电压值，VP_M为权位电压产生模块输出端A_M的权位电压值,

权位电压比较器（4）：生成N个输出的数字比较信号D₁~D_N，分别与所述并联模数信号转换装置的数字输出端G₁~G_N连接；

其中N为大于1的整数，M为大于1但不大于N的整数。

具体的，所述级联电压减法器（3）包括N-1个级联的减法器，每个减法器包括工作状态选择电路和减法电路，模拟电压输入端I₁~I_N-1，权位电压输入端B₁~B_N-1，比较信号输入端C₁~C_N-1，模拟电压输出端O₁~O_N-1；工作状态选择电路有控制端（21）、输入端（22）和输出端（23），控制端（21）与比较信号输入端连接，工作状态选择电路的输入端（22）与权位电压输入端连接，输出端（23）与减法电路的第一输入端（24）连接，减法电路包括第一输入端（24）、第二输入端（25）和输出端（26），减法电路的第二输入端与模拟电压输入端连接，减法电路的输出端与模拟电压输出端连接，减法电路将两个输入端（24）、（25）的电压进行模拟相减运算后输出到输出端；第一级电压减法器的模拟电压输入端I₁与并联模数信号转换装置的输入端（1）连接，其余各级的电压减法器的模拟电压输入端与上一级电压减法器的模拟电压输出端相连；各级的权位电压输入端B₁-B_N-1分别与权位电压产生模块的权位电压输出A₁~A_N-1端对应连接，各级的比较信号输入端C₁~C_N-1分别与权位电压比较器的比较信号输出端D₁~D_N-1对应连接。

具体的，所述权位电压比较器包括N个比较器，每个比较器包括同相比较输入端E₁~E_N，反相比较输入端F₁~F_N和比较信号输出端D₁~D_N，各反相比较输入端E₁~E_N与权位电压产生模块的权位电压输出端A₁~A_N连接,同相比较输入端F₁与并联模数信号转换装置的输入端连接，F₂~F_N与级联电压减法器的模拟电压输出端O₁~O_N-1连接，比较信号输出端D₁~D_N还与所述并联模数信号转换装置的数字输出端G₁~G_N连接。

如图1所示，图中左边虚线框内为权位级联电压减法器，包括多个级联的减法器，右边虚线框内为权位电压比较器，包括多个比较器，各个减法器和比较器如前文所述对应连接。

本实用新型所述的并联模数转换装置用于模数转换，具有一个模拟信号输入端和多个数字信号输出端，将一个输入的模拟电压XIN转化为输出端的多位数字输出，每个输出端输出的数字信号只包括0和1两种状态，每个输出端表征一个权位电压，最后由输出的数字信号可以计算得出输出信号表征的模拟电压XO:

------①

其中GO_N表征每个输出端的数字信号输出值，VP_N表征每个输出端对应的权位电压值,各个权位电压由所述并联模数转化装置中的权位电压产生模块定义，N为正整数，模拟电压的精度即输入值XIN与XO的差值由N决定，N越大，差值越小，精度越高，权位电压为一系列值不同的模拟电压，他们之间的关系由权位电压产生模块的电阻网络决定。

权位电压产生模块具体的一种实现方式，如图3所示，所述权位电压产生模块2的电阻网络为R-2R级联结构，包括N-1级串联的电阻结构R₁~R_N-1电阻结构R₁~R_N-1均包括串联的第一电子31和第二电阻32,第一电阻31和第二电阻32的电阻阻值比为1:2, 31和32的串联连接点为33，31和32的另一自由端分别为34和35，其中35接地，每级电阻结构的34端与上一级电阻结构的33端连接，第一级电阻结构的34端与基准电压产生模块的基准电压输出端相连，每个电阻结构R₁~R_N-1的33端即为所述的分压点V₁~V_N-1,分别与所述权位电压输出端A₂~A_N连接，基准电压产生模块的基准电压输出端还连接到权位电压输出端A₁。上述电阻阻值对实现本实用新型的功能影响不大，从成本和焊接方便以及功耗方面折中考虑，可以选用20K的贴片电阻。

当权位电压产生模块的基准电压产生模块产生的基准电压为VREF时，本领域普通技术人员根据图3和上文所述，无须创造性劳动，容易计算出N个权位电压输出端A₁-A_N的电压依次为VREF、VREF/2、VREF/4……VREF/2^N-1。

优选的，所述权位电压产生模块的基准电压产生模块选用芯片TL431。　美国德州仪器公司生产的TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。

优选的，所述权位电压产生模块2还包括N个电压跟随器，N个电压跟随器的输入端分别与基准电压和电阻网络的分压点V₁~V_N-1连接，N个电压跟随器输出端分别与权位电压输出端A₁~A_N连接。电压跟随器的实现原理就是一个负反馈连接的运算放大器，可以采用各种负反馈方式，本实用新型示出一种如图5所示的电阻网络反馈的实现方式，输出端通过电阻与运算放大器的反相输入端连接，输入端连接到运算放大器的正相输出端。由于电阻网络分压产生的各个权位电压驱动能力不同，且各个权位电压被电路相连，容易相互影响。采用电压跟随器一方面增大了权位电压驱动能力，一方面屏蔽了各个权位电压之间的相互影响。

所述级联电压减法器3包括多个减法器，第一级减法器将输入端1的输入值XIN与基准电压VREF相减后输出，从第二级开始，每级减法器将上一级减法器的输出电压与对应的权位电压值相减，例如第K级减法器为将第K-1级减法器的输出电压与权位电压输出端A_K端的电压相减后输出。

所述减法器包括两种工作模式：减法工作模式和跟随工作模式，所述减法工作模式为：将模拟电压输入端和权位电压输入端的电压相减，所得到的值在模拟电压输出端输出；所述跟随工作状态为：直接将模拟电压输入端的电压输出到模拟电压输出端；减法工作模式是当模拟电压输入端电压大于权位电压输入端的电压的工作模式；当模拟电压输入端的输入电压小于输入的权位电压值时，由于减法器输出值不可能为负，得到的输出电压值不等于二者的差值，这时减法器进入跟随工作模式，所述工作状态选择电路关闭，减法器为跟随器，直接将模拟电压输入端的输入电压输出到减法器输出端输出。

具体的一种实现方式，如图2所示，所述减法电路包括运算放大器41，阻值相同的电阻42~45，运算放大器包括同相输入端，反相输入端和输出端，电阻42与43串联，串联点与反相输入端连接，42的自由端与减法电路的第一输入端连接，43的自由端与运算放大器的输出端连接，电阻44与45串联，串联点与同相输入端连接，44的自由端与减法电路的第二输入端连接，45的自由端接地。电阻42、43构成反馈网络，使运算放大器稳态下两个输入端工作电压相等。运算放大器可以选用成本低廉，增益较高的LM2902。

优选的，所述工作状态选择电路为NMOS管，NMOS的栅极与比较信号输入端连接，源极和衬底与权位电压输入端连接，漏极与减法电路的第一输入端连接。当比较信号输入高电平时，NMOS开启，减法器进入减法工作模式，当比较信号输入为低电平时，NMOS关闭，减法器进入跟随工作模式。使用NMOS管，传递电压损失值小，电路结构简单，器件少，仅使用后续比较器的输出信号，无须其余信号走线。

本领域普通技术人员可以通过简单计算得出，对第M级减法器，

在减法工作模式下：

--------②

在跟随工作模式下：    ---------③

其中VO_M为第M级减法器的输出电压，VP_M为第M级减法器的权位电压输入端B_M的输入电压值，根据上文所述的连接关系，其值为权位电压产生模块输出的权位电压VP_M,VO_M-1为上一级减法器的输出电压。这里M为大于1的正整数，对M=1的情况，上述②和③式中的VO_M-1等于输入的模拟电压XIN。

权位电压比较器为本实用新型的最后输出级，将各个减法器输出的电压与权位电压比较后输出数字信号，输出的数字信号作为模数转换的数据输出，同时还输出到减法器的工作状态选择电路用于控制减法器的工作状态。

各级比较器除了具备上述功能，同时还提供输出信号的驱动能力，通过选择驱动能力强的比较器芯片，选择比较器输出端的走线线宽，容易提供强的驱动能力，实现高速模数转换。

优选的，比较器芯片选用LM2901。LM2901成本低廉，驱动能力强。

随着权位电压的降低，比较器要比较的电压值不断降低，为了满足比较器正常工作，可以选择共模输入范围低的比较器，也可以在这些输入电压很低的各级比较器，例如输入电压低于0.1V各级比较器输入端前置增加电平位移电路，例如两个三极管，将输入电压连接在三极管的基极，发射极连接在比较器的输入端，合理设置三极管偏置状态，例如对NPN管，使集电极接地，发射极通过一个电阻接直流正电源，使三极管处于放大区工作，将要比较的电压整体抬升一个VBE电压（三极管的发射极-集电极电压）。

由于通常的N强P弱现象，即由于NMOS载流子迁移率强于PMOS，因此一般输出级电路呈现上拉能力弱，下拉能力强。优选的，所述输出端G₁~G_N均通过电阻与一个直流正电源连接，例如一个10K贴片电阻，以提高输出端的上拉能力，即提高输出端电压从低往高变化的速度能达到的最高电压值。

为更好的说明本实用新型的工作原理，以8位的转换精度，权电压以50%比例等比递减设置为例，详述本实用新型的工作过程。

权位电压产生模块采用如前文所述R-2R网络，输出的权位电压分别为:

VREF、VREF/2、VREF/4、 VREF/8、 VREF/16、VREF/32、VREF/64、VREF/128;

所述级联电压减法器包括7个减法器，减法器电路的工作状态选择电路为NMOS管；所述权位电压比较器包括8个比较器。

第一级比较器比较输入电压XIN和权位电压VREF,输出比较信号GO₁

第一级减法器将输入电压XIN和权位电压VREF相减，输出模拟电压VO₁

当 XIN>VREF时, GO₁=1  

---------④

XIN<VREF时, GO₁=0  

      ---------⑤

分析④和⑤可以综合得出：

--------⑥

根据前文所述从第二级开始，各个减法器工作在减法工作状态和跟随工作状态的不同输出电压表达式②和③：

--------②

    ---------③

综合②和③式，可以得出：

        ----------⑦

则第一至七级减法器输出的模拟电压依次为：

  其中M=2~7

第一至八级比较器分别比较VO_M与VREF/2^M-1,分别输出比较信号GO_M,其中M=1~7。

利用上述8位模数转换电路，可以实现对模拟电压的模数转换并输出八位数字信号，例如当XIN=2.355V、VREF=1.28V时，利用上述各式，可以得到最终输出的八位数字信号为G=11101011,G的从高到低的位数分别等于上述的GO₁~GO₈。

根据G=11101011，和式①

------①

其中N=1~8，VP_N为各级权电压，这里

。

可以得到XO=2.35V，相对XIN=2.355V,理论误差

Δ=5毫伏/2.355V=0.21%。

根据简单的数学推导，容易得出上述理论误差与模数转换的设计精度位数和基准电压值有关。

      

相对输入电压XIN的分辨率:

可见通过增加级数N，可以得到更高的分辨率，达到更高的模数转换精度。

本实用新型所述的并联模数转换装置，可以应用于城市或野外数据采集领域，图4为本实用新型的典型使用示意图，在上述领域中对温度、气流、电磁辐射等模拟电压表征量的侦测和信号传送，对装置的体积和功耗要求均不高，由于外界因素瞬息万变，希望信号能实时采集和传递，芯片电路虽然实现了小体积和低功耗，但牺牲了模数转换的速度和精度。而在上述应用环境下，模数转换装置强调同时实现高精度和高速度。这并非一般的集成电路模数转换芯片容易实现的。

为缩小所述的并联模数转换装置,可以采用多层走线的双面PCB板布局各个模块。所述并联模数转换装置的各个模块分别布置在PCB板的两个使用面上。可以缩小PCB板的面积。利用多层走线，可以增强模块之间的信号传输强度。

一种基于上述多层走线的双面PCB板上的优选实施方式为，所述PCB板包括第一使用面和第二使用面，所述并联模数信号转化装置的权位电压比较器布置在PCB板的第一使用面上，权位电压产生模块和级联电压减法器布置在PCB板的第二使用面上，这样权位电压直接输入到精度要求较高的级联电压减法器的输入端，减小了线上传输误差，同时兼做输出级的权位电压比较器布置在第二使用面上，输出的数字信号与权位电压，减法器输出的电压等模拟信号通过PCB板隔离，减小了数模信号之间的互相干扰。第二使用面上只有权位电压比较器，空间相对富余，有利于改进增加驱动级，加宽电源和信号走线，增强驱动能力，提升输出速度。

采用本实用新型所述的并联模数转换装置，各个元器件和之间的连线布置在PCB板上，可以自由选择布局方式，连线线宽和走线方式，转化精度通过简单增加减法器和比较器的级数即可实现，配合选择输出驱动强的比较器芯片，可以在达到高精度的同时，实现高速度。

 本实用新型所述的权位电压产生模块由芯片和电阻网络组成，易于扩大输入模拟信号的检测范围；通过选择比较器和运算放大器芯片可以选择不同的工作电压和驱动能力，因此本实用新型所述的并联数模转化装置可以在较宽范围的电源电压下工作，并易于提供较强的输出驱动能力。

前文所述的为本实用新型的优选实施例，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的实用新型验证过程，说明本实用新型的实现原理；并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种并联模数信号转换装置，包括权位电压产生模块（2）、级联电压减法器（3）、权位电压比较器（4）、输入端（1）和N个数字输出端G₁~G_N；上述各部分及它们之间的连线都布置在同一块PCB上；

权位电压产生模块（2）：生成权位电压，包括产生基准电压的基准电压产生模块和将基准电压分压产生权位电压的电阻网络，还包括N个权位电压输出端A₁~A_N；电阻网络将基准电压分压，基准电压与权位电压输出端A₁连接，各个分压点V₁~V_N-1与权位电压输出端A₂~A_N-连接；

级联电压减法器（3）：对输入的模拟电压进行电压减法运算级联运算，输出N-1个模拟电压O₁~O_N-1，O₁为输入电压减去基准电压，从O₂开始

当                                               

：

当：   

其中VO_M为第M个模拟电压O_M的电压值，VP_M为权位电压产生模块输出端A_M的权位电压值,

权位电压比较器（4）：生成N个输出的数字比较信号D₁~D_N，分别与所述并联模数信号转换装置的数字输出端G₁~G_N连接；

其中N为大于1的整数，M为大于1但不大于N的整数。

2.如权利要求1所述一种并联模数信号转换装置，其特征在于：所述级联电压减法器（3）包括N-1个级联的减法器，每个减法器包括工作状态选择电路和减法电路，模拟电压输入端I₁~I_N-1，权位电压输入端B₁~B_N-1，比较信号输入端C₁~C_N-1，模拟电压输出端O₁~O_N-1；工作状态选择电路有控制端（21）、输入端（22）和输出端（23），控制端（21）与比较信号输入端连接，工作状态选择电路的输入端（22）与权位电压输入端连接，输出端（23）与减法电路的第一输入端（24）连接，减法电路包括第一输入端（24）、第二输入端（25）和输出端（26），减法电路的第二输入端与模拟电压输入端连接，减法电路的输出端与模拟电压输出端连接，减法电路将两个输入端（24）、（25）的电压进行模拟相减运算后输出到输出端；第一级电压减法器的模拟电压输入端I₁与并联模数信号转换装置的输入端（1）连接，其余各级的电压减法器的模拟电压输入端与上一级电压减法器的模拟电压输出端相连；各级的权位电压输入端B₁-B_N-1分别与权位电压产生模块的权位电压输出A₁~A_N-1端对应连接，各级的比较信号输入端C₁~C_N-1分别与权位电压比较器的比较信号输出端D₁~D_N-1对应连接。

3.如权利要求1所述一种并联模数信号转换装置，其特征在于：所述权位电压比较器包括N个比较器，每个比较器包括同相比较输入端E₁~E_N，反相比较输入端F₁~F_N和比较信号输出端D₁~D_N，各反相比较输入端E₁~E_N与权位电压产生模块的权位电压输出端A₁~A_N连接,同相比较输入端F₁与并联模数信号转换装置的输入端连接，F₂~F_N与级联电压减法器的模拟电压输出端O₁~O_N-1连接，比较信号输出端D₁~D_N还与所述并联模数信号转换装置的数字输出端G₁~G_N连接。

4.如权利要求1所述一种并联模数信号转换装置，其特征在于：所述电阻网络为R-2R级联结构，包括N-1级串联的电阻结构R₁~R_N-1，电阻结构R₁~R_N-1均包括串联的第一电阻（31）和第二电阻（32）,第一电阻（31）和第二电阻（32）的电阻阻值比为1:2, （31）和（32）的串联连接点为（33），（31）和（32）的另一自由端分别为（34）和（35），（35）接地，每级电阻结构的（34）端与上一级电阻结构的（33）端连接，第一级电阻结构的（34）端与基准电压产生模块的基准电压输出端相连，每个电阻结构R₁~R_N-1的（33）端即为所述的分压点V₁~V_N-1,分别与所述权位电压输出端A₂~A_N连接，基准电压产生模块的基准电压输出端还连接到权位电压输出端A₁。

5.如权利要求1所述一种并联模数信号转换装置，其特征在于：所述权位电压产生模块还包括N个电压跟随器，N个电压跟随器的输入端分别与基准电压和电阻网络的分压点V₁~V_N-1连接，N个电压跟随器输出端分别与权位电压输出端A₁~A_N连接。

6.如权利要求1所述一种并联模数信号转换装置，其特征在于：所述减法电路包括运算放大器（41），阻值相同的电阻（42）~（45），运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，电阻（42）与（43）串联，串联点与反相输入端连接，（42）的自由端与减法电路的第一输入端（24）连接，（43）的自由端与运算放大器的输出端连接；电阻（44）与（45）串联，串联点与同相输入端连接，（44）的自由端与减法电路的第二输入端（25）连接，（45）的自由端接地。

7.如权利要求1所述一种并联模数信号转换装置，其特征在于：所述工作状态选择电路为一个NMOS管，NMOS的栅极与比较信号输入端连接，源极和衬底与权位电压输入端连接，漏极与减法电路的第一输入端（24）连接。

8.如权利要求1所述一种并联模数信号转换装置，其特征在于：所述输出端G₁~G_N均通过电阻与一个直流正电源连接。

9.如权利要求1所述一种并联模数信号转换装置，其特征在于：所述PCB为可多层布线和双面布局使用的，所述并联模数信号转化装置的各个模块布置在PCB板的两个不同使用面：第一使用面和第二使用面上。

10.如权利要求9所述一种并联模数信号转换装置，其特征在于：所述并联模数信号转化装置的权位电压比较器和数字输出端布置在PCB板的第一使用面上，输入端、权位电压产生模块和级联电压减法器布置在PCB板的第二使用面上。

Images