CN203661042U - 一种基于σ-δ的模数转换电路、adc芯片及数字天平 - Google Patents
一种基于σ-δ的模数转换电路、adc芯片及数字天平 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203661042U CN203661042U CN201320751853.XU CN201320751853U CN203661042U CN 203661042 U CN203661042 U CN 203661042U CN 201320751853 U CN201320751853 U CN 201320751853U CN 203661042 U CN203661042 U CN 203661042U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- output
- digital
- unit
- reference voltage
- enable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 22
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 20
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012369 In process control Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010965 in-process control Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
本实用新型适用于集成电路领域，提供了一种基于Σ-Δ结构的模数转换电路、ADC芯片及数字天平，该电路包括：控制逻辑单元；参考电压单元，其使能端与控制逻辑单元的电源使能输出端连接，其输出端为电路的参考电压输出端；Σ-ADC调制器，其电源端与参考电压单元的输出端连接，其使能端与控制逻辑单元的模数转换使能输出端连接；滤波单元，其使能端与控制逻辑单元的滤波控制使能输出端连接，其输入端与调制器的输出端连接，其输出端为电路的输出端。本实用新型通过控制逻辑单元控制参考电压单元在Σ-ADC调制器不工作的情况下，关断参考电压的输出，有效降低了模数转换电路的功耗。
Description
技术领域
本实用新型属于电子领域，尤其涉及一种基于Sigma-Delta（Σ-Δ）结构的模数转换电路、ADC芯片及数字天平。
背景技术
在数字产品日益增长的今天，模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC）的角色越来越重要，而Sigma-Delta（又称为Σ-Δ）结构的ADC又以其高分辨率、高集成度和低价格的优势被普遍应用于过程控制以及直流测量领域，尤其称重领域的应用。
目前，数字天平中采用传感器采集重量信息，并将该信息以模拟信号的形式通过Sigma-Delta ADC转化为数字信号，以便进行进一步的数据处理，而Sigma-Delta ADC作为核心技术很大程度地影响到数字天平的精度以及功耗。
在测量时，由于参考电压要同时提供给传感器和ADC芯片，因此会造成几mA到十几mA的功耗，尤其以传感器产生的功耗最大，其次是ADC的功耗，因此不符合节能环保的社会发展主流和市场需求。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种基于Sigma-Delta结构的模数转换电路，旨在解决目前市场对于ADC以及数字天平的低功耗需求越来越高的问题。
本实用新型实施例是这样实现的，一种基于Sigma-Delta结构的模数转换电路，所述电路包括：
生成电源使能信号、模数转换使能信号和滤波控制使能信号的控制逻辑单元；
在接收到的电源使能信号有效时输出参考电压的参考电压单元，所述参考电压单元的使能端与所述控制逻辑单元的电源使能输出端连接，所述参考电压单元的输出端为所述电路的参考电压输出端；
将所述参考电压作为工作电压，并在接收到的模数转换使能信号有效时，将模拟电压信号转换成脉冲密度调制码的Sigma-ADC调制器，所述Sigma-ADC调制器的电源端与所述参考电压单元的输出端连接，所述Sigma-ADC调制器的使能端与所述控制逻辑单元的模数转换使能输出端连接；
在接收到的滤波控制使能信号有效时，对所述脉冲密度调制码进行滤波，输出数字信号的滤波单元，所述滤波单元的使能端与所述控制逻辑单元的滤波控制使能输出端连接，所述滤波单元的输入端与所述Sigma-ADC调制器的输出端连接，所述滤波单元的输出端为所述电路的输出端。
进一步地，所述参考电压单元包括：
生成参考电压的参考电压生成单元；
在接收到的电源使能信号有效时输出参考电压的使能开关，所述使能开关的使能端为所述参考电压单元的使能端，所述使能开关的一导通端与所述参考电压生成单元的输出端连接，所述使能开关的另一导通端为所述参考电压单元的输出端。
更进一步地，所述使能开关为半导体开关，所述半导体开关的控制端为所述使能开关的使能端，所述半导体开关的电流输入端为所述使能开关的一导通端，所述半导体开关的电流输出端为所述使能开关的另一导通端。
更进一步地，所述滤波单元包括：
在接收到的滤波控制使能信号有效时，滤除所述脉冲密度调制码中高频部分的噪声，输出j位数字信号的第一数字滤波器，所述第一数字滤波器的使能端为所述滤波单元的使能端，所述第一数字滤波器的输入端为所述滤波单元的输入端；
在所述第一数字滤波器输出k个j位的数字信号后，对所述k个j位的数字信号进行高频滤波，输出j位的数字信号的第二数字滤波器，所述第二数字滤波器的输入端与所述第一数字滤波器的输出端连接，所述第二数字滤波器的输出端为所述滤波单元的输出端；
所述j、k均为自然数。
更进一步地，所述第一数字滤波器为L阶数字滤波器。
更进一步地，所述电路还包括：
将所述数字信号输出到所述电路外部的接口单元，所述接口单元的输入端与所述第二数字滤波器的输出端连接，所述接口单元的输出端为所述电路的输出端。
本实用新型实施例的另一目的在于提供一种采用上述基于Sigma-Delta结构的模数转换电路的ADC芯片。
本实用新型实施例的另一目的在于提供一种采用上述ADC芯片的数字天平。
本实用新型实施例通过控制逻辑单元控制参考电压单元在Sigma-ADC调制器不工作的情况下，关断参考电压的输出，有效降低了模数转换电路的功耗，符合节能环保的社会发展主流和市场需求。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的基于Sigma-Delta结构的模数转换电路的结构图；
图2为本实用新型实施例提供的基于Sigma-Delta结构的模数转换电路的优选示例电路图；
图3为本实用新型实施例提供的基于Sigma-Delta结构的模数转换电路的工作时序原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例通过控制逻辑单元控制参考电压单元在Sigma-ADC调制器不工作的情况下，关断参考电压的输出，有效降低了模数转换电路的功耗，符合节能环保的社会发展主流和市场需求。
以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细描述：
图1示出了本实用新型实施例提供的基于Sigma-Delta结构的模数转换电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
作为本实用新型一实施例，该基于Sigma-Delta结构的模数转换电路可以应用于各种ADC芯片以及数字天平中，当该基于Sigma-Delta结构的模数转换电路1应用于数字天平中时，该基于Sigma-Delta结构的模数转换电路1的参考电压输出端与传感器2连接，包括：
控制逻辑单元11，用于生成电源使能信号、模数转换使能信号和滤波控制使能信号；
参考电压单元12，用于在接收到的电源使能信号有效时输出参考电压，参考电压单元12的使能端与控制逻辑单元11的电源使能输出端连接，参考电压单元12的输出端为基于Sigma-Delta的模数转换电路1的参考电压输出端；
Sigma-ADC调制器13，用于将参考电压作为工作电压，并在接收到的模数转换使能信号有效时，将模拟电压信号转换成脉冲密度调制码（PDM码），Sigma-ADC调制器13的电源端与参考电压单元12的输出端连接，Sigma-ADC调制器13的使能端与控制逻辑单元11的模数转换使能输出端连接；
滤波单元14，用于在接收到的滤波控制使能信号有效时，对脉冲密度调制码进行滤波，输出数字信号，滤波单元14的使能端与控制逻辑单元11的滤波控制使能输出端连接，滤波单元14的输入端与Sigma-ADC调制器13的输出端连接，滤波单元14的输出端为基于Sigma-Delta的模数转换电路1的输出端。
在本实用新型实施例中，Sigma-ADC调制器13上电后将模拟电压信号转换成脉冲密度调制码，并通过滤波单元14对脉冲密度调制码进行滤波，输出数字信号。
参考电压单元12为Sigma-ADC调制器13以及外部电路提供使其正常工作的参考电压，该参考电压单元12可以通过使能开关实现选择性输出，在收到控制逻辑单元11生成的电源使能信号有效时，闭合开关，输出参考电压，为Sigma-ADC调制器13供电，当电源使能信号无效时，断开开关，停止输出参考电压。
控制逻辑单元11可以输出电源使能信号、模数转换使能信号和滤波控制使能信号，以对参考电压单元12、Sigma-ADC调制器13和滤波单元14进行使能控制，控制逻辑单元11控制Sigma-ADC调制器13工作后，控制参考电压单元12向Sigma-ADC调制器13提供电源，避免在Sigma-ADC调制器13不工作时输出参考电压造成的高能耗。
本实用新型实施例通过控制逻辑单元控制参考电压单元在Sigma-ADC调制器不工作的情况下，关断参考电压的输出，有效降低了模数转换电路的功耗，符合节能环保的社会发展主流和市场需求。
图2示出了本实用新型实施例提供的基于Sigma-Delta结构的模数转换电路的优选示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
作为本实用新型一实施例，参考电压单元12包括：
参考电压生成单元121，用于生成参考电压；
使能开关S1，用于在接收到的电源使能信号有效时输出参考电压，使能开关S1的使能端为参考电压单元12的使能端，使能开关S1的一导通端与参考电压生成单元121的输出端连接，使能开关S1的另一导通端为参考电压单元12的输出端。
在本实用新型实施例中，参考电压生成单元121可以采用电源转换电路，将外部电源转换为Sigma-ADC调制器13和传感器2使用的工作电压，而当Sigma-ADC调制器13与传感器2的工作电压不同时，也可以通过两路分别输出。
作为本实用新型一实施例，使能开关S1可以采用半导体开关或其他可控开关，例如单刀单掷开关，当使能开关S1为半导体开关时，该半导体开关的控制端为使能开关S1的使能端，半导体开关的电流输入端为使能开关S1的一导通端，半导体开关的电流输出端为使能开关S1的另一导通端。例如，若使能开关S1采用P型MOS管实现时，该P型MOS管的源极为半导体开关的电流输入端，P型MOS管的漏极为半导体开关的电流输出端，P型MOS管的栅极为半导体开关的控制端。
作为本实用新型一实施例，滤波单元14包括：
第一数字滤波器141，用于在接收到的滤波控制使能信号有效时，滤除脉冲密度调制码中高频部分的噪声，输出j位数字信号，第一数字滤波器141的使能端为滤波单元14的使能端，第一数字滤波器141的输入端为滤波单元14的输入端；
第二数字滤波器142，用于在第一数字滤波器141输出k个j位的数字信号后，对k个j位的数字信号进行高频滤波，输出j位的数字信号，第二数字滤波器142的输入端与第一数字滤波器141的输出端连接，第二数字滤波器142的输出端为滤波单元14的输出端；
所述j、k均为自然数。
作为本实用新型一优选实施例，第一数字滤波器可以采用为L阶数字滤波器。
作为本实用新型一实施例，该基于Sigma-Delta结构的模数转换电路1还可以包括接口单元15，用于将数字信号输出到电路外部，接口单元15的输入端与第二数字滤波器142的输出端连接，接口单元15的输出端为基于Sigma-Delta的模数转换电路1的输出端。
在本实用新型实施例中，传感器2将测量信号转换为模拟电压信号，通过Sigma-ADC调制器13进行模数转换，再通过滤波单元14高频虑噪，输出数字信号。
参考电压单元12为Sigma-ADC调制器13和传感器2供电，将参考电压单元12集成到ADC芯片中，在数字天平不测量时，控制逻辑单元11通过电源使能信号控制其使能开关S1断开，停止对Sigma-ADC调制器13和传感器2供电，大大降低了模数转换电路和传感器的能耗。
控制逻辑单元11同时控制Sigma-ADC调制器13以及L阶数字滤波器141的工作状态，L阶数字滤波器141在接收到的滤波控制使能信号有效时，滤除脉冲密度调制码中高频部分的噪声，输出j位数字信号，L阶数字滤波器141每输出k个j位的数字信号时，第二数字滤波器142对L阶数字滤波器141输出的k个j位的数字信号进行信号处理，进一步滤除掉高频部分的噪声，转换成j位的数字信号。
当ADC芯片的DRDY引脚输出低电平的数据准备标志信号时，说明ADC的输出数据DA已经准备好，外部微控制器可以对该模数转换电路发送时钟信号以逐位从接口单元15读取模数转换的值，当ADC芯片将模数转换的值发送完毕时，ADC芯片的DRDY引脚输出高电平的数据准备标志信号，参见图3。
在本实用新型实施例中，当ADC数据转换完成时，ADC芯片的DRDY引脚拉低，在ADC转换的数据被读取之后，DRDY引脚拉高，控制逻辑单元11控制参考电压单元12输出参考电压，同时控制Sigma-ADC调制器13和滤波单元14工作；在L阶数字滤波器141输出k个j位的数字信号D1-Dk后，控制逻辑单元11控制关闭Sigma-ADC调制器13、关闭参考电压单元12、关闭L阶数字滤波器141输出，直到下一个数据准备标志信号被拉高时重新输出。
在直流测量中ADC的转换速率一般是几赫兹到几十赫兹，现在将转换速率成倍的提高。假设提高速率之前的转换速率是n赫兹，提高后的转换速率是m赫兹。L阶数字滤波器不同的阶数，输出数字信号的建立时间是不同的。如果第一数字滤波器为L阶数字滤波器，那么第L个模数转换电路的模数转换输出数据才是正确的值。在本实用新型实施例中，在内部提高模数转换电路的转换速率之后，每1/n秒取k个数字信号D1-Dk，放弃之前L-1个数字信号（例如，当L为3时，放弃数字信号D1、D2），对后面的数据（D3-Dk）进行求平均，将平均值作为信号输出，然后迅速关断参考电压单元12，并将Sigma-ADC调制器13以及滤波单元14关闭。这样从外部看同样是n赫兹的输出速率，但是功耗已经有极大的降低。如果之前的功耗是P，新的功耗只有(k·n/m)·p。如果之前传感器加上模数转换电路的功耗是15mA，模数转换电路转换速率是10Hz，第一数字滤波器是4阶的，则，该模数转换电路的内部转换速率提高为2KHz，每次输出取32个数据的平均值，那么改进后的功耗实际只有大约2.63mA。
本实用新型实施例的另一目的在于提供一种采用上述基于Sigma-Delta的模数转换电路的ADC芯片。
本实用新型实施例的另一目的在于提供一种采用上述ADC芯片的数字天平。
本实用新型实施例在不进行测量时，通过控制逻辑单元关断参考电压单元的参考电源输出，降低了模数转换电路和传感器的能耗，符合节能环保的社会发展主流和市场需求，并且在L-1个数字信号后，对后面的数据进行求平均，将平均值作为信号输出，然后迅速关断参考电压单元及模数转换电路，大幅提高了模数转换电路的转换效率。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于Sigma-Delta结构的模数转换电路，所述电路包括：
生成电源使能信号、模数转换使能信号和滤波控制使能信号的控制逻辑单元；
在接收到的电源使能信号有效时输出参考电压的参考电压单元，所述参考电压单元的使能端与所述控制逻辑单元的电源使能输出端连接，所述参考电压单元的输出端为所述电路的参考电压输出端；
将所述参考电压作为工作电压，并在接收到的模数转换使能信号有效时，将模拟电压信号转换成脉冲密度调制码的Sigma-ADC调制器，所述Sigma-ADC调制器的电源端与所述参考电压单元的输出端连接，所述Sigma-ADC调制器的使能端与所述控制逻辑单元的模数转换使能输出端连接；
在接收到的滤波控制使能信号有效时，对所述脉冲密度调制码进行滤波，输出数字信号的滤波单元，所述滤波单元的使能端与所述控制逻辑单元的滤波控制使能输出端连接，所述滤波单元的输入端与所述Sigma-ADC调制器的输出端连接，所述滤波单元的输出端为所述电路的输出端。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述参考电压单元包括：
生成参考电压的参考电压生成单元；
在接收到的电源使能信号有效时输出参考电压的使能开关，所述使能开关的使能端为所述参考电压单元的使能端，所述使能开关的一导通端与所述参考电压生成单元的输出端连接，所述使能开关的另一导通端为所述参考电压单元的输出端。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述使能开关为半导体开关，所述半导体开关的控制端为所述使能开关的使能端，所述半导体开关的电流输入端为所述使能开关的一导通端，所述半导体开关的电流输出端为所述使能开关的另一导通端。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述滤波单元包括：
在接收到的滤波控制使能信号有效时，滤除所述脉冲密度调制码中高频部分的噪声，输出j位数字信号的第一数字滤波器，所述第一数字滤波器的使能端为所述滤波单元的使能端，所述第一数字滤波器的输入端为所述滤波单元的输入端；
在所述第一数字滤波器输出k个j位的数字信号后，对所述k个j位的数字信号进行高频滤波，输出j位的数字信号的第二数字滤波器，所述第二数字滤波器的输入端与所述第一数字滤波器的输出端连接，所述第二数字滤波器的输出端为所述滤波单元的输出端；
所述j、k均为自然数。
5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第一数字滤波器为L阶数字滤波器。
6.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：
将所述数字信号输出到所述电路外部的接口单元，所述接口单元的输入端与所述第二数字滤波器的输出端连接，所述接口单元的输出端为所述电路的输出端。
7.一种ADC芯片，其特征在于，所述ADC芯片包括如权利要求1至6任一项所述的基于Sigma-Delta结构的模数转换电路。
8.一种数字天平，其特征在于，所述数字天平包括如权利要求7所述的ADC芯片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201320751853.XU CN203661042U (zh) | 2013-11-25 | 2013-11-25 | 一种基于σ-δ的模数转换电路、adc芯片及数字天平 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201320751853.XU CN203661042U (zh) | 2013-11-25 | 2013-11-25 | 一种基于σ-δ的模数转换电路、adc芯片及数字天平 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203661042U true CN203661042U (zh) | 2014-06-18 |
Family
ID=50927390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201320751853.XU Expired - Lifetime CN203661042U (zh) | 2013-11-25 | 2013-11-25 | 一种基于σ-δ的模数转换电路、adc芯片及数字天平 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203661042U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103607203A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-26 | 深圳市芯海科技有限公司 | 一种基于σ-δ的模数转换电路、adc芯片及数字天平 |
-
2013
- 2013-11-25 CN CN201320751853.XU patent/CN203661042U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103607203A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-26 | 深圳市芯海科技有限公司 | 一种基于σ-δ的模数转换电路、adc芯片及数字天平 |
| CN103607203B (zh) * | 2013-11-25 | 2017-01-11 | 深圳市芯海科技有限公司 | 一种基于σ-δ的模数转换电路、adc芯片及数字天平 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104218951B (zh) | 半导体器件以及半导体器件的操作方法 | |
| CN103618550B (zh) | 电容阵列型的逐次逼近模数转换器及控制方法 | |
| CN104242939A (zh) | 一种中等分辨率高速可配置的异步逐次逼近型模数转换器 | |
| CN105548656A (zh) | 一种直流高电压隔离采样电路 | |
| CN101447783A (zh) | 基于门电路的自持保护电路及其实现方法 | |
| CN104917514A (zh) | 基于光电隔离的模拟量采集电路 | |
| CN203661042U (zh) | 一种基于σ-δ的模数转换电路、adc芯片及数字天平 | |
| CN203405695U (zh) | 太阳能电池阵列模拟器的压控电流信号发生器 | |
| CN205038324U (zh) | 直流负载的自动加载装置 | |
| CN205450081U (zh) | 一种高精度电流电压采集及数据转换电路 | |
| CN203720258U (zh) | 一种电压电流暂态信号高速同步数据采样装置 | |
| CN202550887U (zh) | 一种llc的死区时间自适应调节结构 | |
| CN103607203A (zh) | 一种基于σ-δ的模数转换电路、adc芯片及数字天平 | |
| CN103152053B (zh) | 动态模数转换器 | |
| CN203587685U (zh) | 一种基于电压自适应的三相多功能电能表 | |
| CN206557143U (zh) | 土壤温湿度传感器新型电路 | |
| CN106208719B (zh) | 一种隔离开关电源的反馈电路 | |
| CN201541115U (zh) | 带有电压保护模块的智能控制器 | |
| CN106330169B (zh) | 一种适用于异步sar adc的时序转换及数据锁存电路 | |
| CN204216884U (zh) | 一种利用fpga构成逐次逼近型模数转换器的装置 | |
| CN205142186U (zh) | 一种逐次逼近型模数转换器 | |
| CN207691689U (zh) | 高性能光伏变频器 | |
| CN201918733U (zh) | 自动控制节电柜 | |
| CN208984685U (zh) | 一种交流方波发生装置 | |
| CN204271962U (zh) | 一种电机电流控制系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518000, A building, block 9, garden city digital garden, 1079 Nanhai Road, Guangdong, Shenzhen, Nanshan District Patentee after: CHIPSEA TECHNOLOGIES (SHENZHEN) Corp. Address before: 518057 No. 901A, Block A, Garden City Digital Building, 1079 Nanhai Avenue, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: SHENZHEN CHIPSEA TECHNOLOGIES CO.,LTD. |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140618 |