CN211557250U - 二十四位双积分型高精度量化器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的目的是提供一种二十四位双积分型高精度量化器，包括一对恒压源P和恒压源N，恒压源P通过电子开关P与积分电路连接，恒压源N通过电子开关N也与积分电路连接，积分电路又分别与比较器P和比较器N同时连接，比较器P和比较器N均与CPLD模块连接，CPLD模块同时还分别与电子开关P、电子开关N连接。本实用新型解决了现有技术中存在的量化器精度低、结构复杂的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于模数转换量化器技术领域，具体涉及一种二十四位双积分型高精度量化器。
背景技术
量化是指将连续的模拟量转化为离散量的过程。量化就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平表示；也就是把输入信号幅度连续变化的范围分为有限个不重叠的区间，将落入该区间的采样值定义为该信号的输出量，从而实现连续量到离散量的转换。量化器是模拟系统与数字系统转化的关键部件。数字系统以极快的速度发展离不开量化器的发展，随着量化器的量化速度以及量化精度高速的发展以及功耗的降低，不断推动数字领域的发展。目前量化器被应用于雷达、通信、测控、医疗、仪表、音频以及图像等领域。量化器是模拟量转换为数字量过程中最重要的部分，它不仅决定了量化精度也决定了量化所需的时间。现在的量化器实现量化的方式大致分为以下几种：双积分模型、单积分模型、并联模数转换模型、Sigma_Delta模型、Pipeline模型、折叠插值模型以及逐次逼近模型。现阶段双积分模式量化器所需改进的问题：精度问题、电路板体积大、功耗大以及多数字芯片设计方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种二十四位双积分型高精度量化器，解决了现有技术中存在的量化器精度低、电路体积大、功耗大、结构复杂的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种二十四位双积分型高精度量化器，包括一对恒压源P和恒压源N，恒压源P通过电子开关P与积分电路连接，恒压源N通过电子开关N也与积分电路连接，积分电路又分别与比较器P和比较器N同时连接，比较器P和比较器N均与CPLD模块连接，CPLD模块同时还分别与电子开关P、电子开关N连接。
本实用新型的特点还在于，
比较器P和比较器N的具体结构如下：包括恒压源U1，恒压源U1的输入端IN连接至电源端VDD，恒压源U1的输出端OUT与运放器U2A的正输入端连接，运放器U2A的负输入端与运放器U2B的负输入端连接，同时运放器U2A的输出端也与运放器U2B的负输入端连接，运放器U2A的输出端还与运放器U3A的正输入端连接，运放器U3A的输出端和负输入端又与比较器U34的正输入端连接，比较器U34的负输入端与所述积分电路连接，比较器U34的输出端与CPLD模块连接；
运放器U2B的正输入端接地，运放器U2B的输出端与运放器U3B的正输入端连接，运放器U3B的输出端和负输入端又与比较器U33的正输入端连接，比较器U33的负输入端与所述积分电路连接，比较器U33的输出端与CPLD模块连接。
积分电路包括与所述比较器P和比较器N的输入端连接的运放器U6B的输出端，运放器U6B的负输入端与运放器U6A的负输入端连接，同时，运放器U6B的负输入端还与运放器U6B的输出端连接，运放器U6B的负输入端与运放器U6B的输出端之间还设置有电容C25，运放器U6A的负输入端还与运放器U6A的输出端连接，运放器U6A的负输入端与运放器U6A的输出端之间还设置有电阻R20，同时，运放器U6B的负输入端还与所述电子开关P和电子开关N连接，运放器U6B的正输入端以及运放器U6A的正输入端均接地。
电子开关P和电子开关N结构相同，均为两控双刀双掷电子开关，其中，电子开关P为第一控制双刀双掷电子开关，电子开关N为第二控制双刀双掷开关，电子开关P和电子开关N的双刀双掷开关中的第一刀的一端开关端子均与所述积分电路的输入端连接，电子开关P和电子开关N双刀双掷开关中的第二刀的一端开关端子均接地，电子开关P的双刀双掷开关中的第一刀的另一端开关端子与恒压源P连接，电子开关N的双刀双掷开关中的第二刀的另一端开关端子和恒压源N连接，电子开关P的开关控制端、电子开关N的开关控制端均与所述CPLD模块连接。
CPLD模块具体结构为：包括与所述比较器P和比较器N连接的CPLD芯片U27A，CPLD芯片U27B还与晶振Y1的输出端以及下载接口P1连接，CPLD芯片U27C又与所述电子开关P和电子开关N连接，CPLD芯片U27D与为CPLD芯片供电的电源端VCC-1V2、电源端VCC-2V5连接，所述CPLD芯片U27A、CPLD芯片U27B、CPLD芯片U27C、CPLD芯片U27D以及晶振Y1、下载接口P1均与电源VCC-3V3连接，所述CPLD芯片U27A、CPLD芯片U27B、CPLD芯片U27C、CPLD芯片U27D均集成在一个CPLD芯片上。
CPLD芯片U27A、CPLD芯片U27B、CPLD芯片U27C、CPLD芯片U27D集成芯片型号为ICE5LP4K。
本实用新型的有益效果是，一种二十四位双积分型高精度量化器，在量化器的积分电路部分设计有恒压源P、恒压源N、电子开关P、电子开关N、积分器、比较器P、比较器N以及CPLD，开始积分电容充电，当积分电容的积分电压超过比较器P的限定值，比较器输出高电平，通过CPLD模块处理使得电子开关P处于关闭状态而电子开关N处于工作状态，恒压源N工作给积分电容进行放电，当放电状态达到比较器N的限定值，比较器输出高电平，通过CPLD模块处理使得电子开关N处于关闭状态而电子开关P处于工作状态，恒压源P工作给积分电容进行充电，然后一直循环此工作过程。该方案可以提高抗干扰能力，抵消了斜坡发生器产生的误差以及大幅抑制高频噪声的能力。另外，积分电路中积分电容采用高精度电容器以提高积分精度，保证量化器的精度。通过上述两种方法的结合改进，使得双积分型量化器的量化的精度提高到24位。
附图说明
图1是本实用新型一种二十四位双积分型高精度量化器整体结构示意图；
图2是本实用新型一种二十四位双积分型高精度量化器中电子开关电路设计图；
图3是本实用新型一种二十四位双积分型高精度量化器中积分电路设计图；
图4是本实用新型一种二十四位双积分型高精度量化器中比较器部分设计图；
图5是本实用新型一种二十四位双积分型高精度量化器中CPLD模块设计方案图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型一种二十四位双积分型高精度量化器，结构如图1所示，包括一对恒压源P和恒压源N，恒压源P通过电子开关P与积分电路连接，恒压源N通过电子开关N也与积分电路连接，积分电路又分别与比较器P和比较器N同时连接，比较器P和比较器N均与CPLD模块连接，CPLD模块同时还分别与电子开关P、电子开关N连接。
如图4所示，比较器P和比较器N的具体结构如下：包括恒压源U1，恒压源U1的输入端IN连接至电源端VDD，恒压源U1的输出端OUT与运放器U2A的正输入端连接，运放器U2A的负输入端与运放器U2B的负输入端连接，同时运放器U2A的输出端也与运放器U2B的负输入端连接，运放器U2A的输出端还与运放器U3A的正输入端连接，运放器U3A的输出端和负输入端又与比较器U34的正输入端连接，比较器U34的负输入端与所述积分电路连接，比较器U34的输出端与CPLD模块连接；
运放器U2B的正输入端接地，运放器U2B的输出端与运放器U3B的正输入端连接，运放器U3B的输出端和负输入端又与比较器U33的正输入端连接，比较器U33的负输入端与所述积分电路连接，比较器U33的输出端与CPLD模块连接。
如图3所示，积分电路包括与所述比较器P和比较器N的输入端连接的运放器U6B的输出端，运放器U6B的负输入端与运放器U6A的负输入端连接，同时，运放器U6B的负输入端还与运放器U6B的输出端连接，运放器U6B的负输入端与运放器U6B的输出端之间还设置有电容C25，运放器U6A的负输入端还与运放器U6A的输出端连接，运放器U6A的负输入端与运放器U6A的输出端之间还设置有电阻R20，同时，运放器U6B的负输入端还与所述电子开关P和电子开关N连接，运放器U6B的正输入端以及运放器U6A的正输入端均接地。
如图2所示，电子开关P和电子开关N结构相同，均为两控双刀双掷电子开关，其中，电子开关P为第一控制双刀双掷电子开关，电子开关N为第二控制双刀双掷开关，电子开关P和电子开关N的双刀双掷开关中的第一刀的一端开关端子均与所述积分电路的输入端连接，电子开关P和电子开关N双刀双掷开关中的第二刀的一端开关端子均接地，电子开关P的双刀双掷开关中的第一刀的另一端开关端子与恒压源P连接，电子开关N的双刀双掷开关中的第二刀的另一端开关端子和恒压源N连接，电子开关P的开关控制端、电子开关N的开关控制端均与所述CPLD模块连接。
如图5所示，CPLD模块具体结构为：包括与所述比较器P和比较器N连接的CPLD芯片U27A，CPLD芯片U27B还与晶振Y1的输出端以及下载接口P1连接，CPLD芯片U27C又与所述电子开关P和电子开关N连接，CPLD芯片U27D与为CPLD芯片供电的电源端VCC-1V2、电源端VCC-2V5连接，所述CPLD芯片U27A、CPLD芯片U27B、CPLD芯片U27C、CPLD芯片U27D以及晶振Y1、下载接口P1均与电源VCC-3V3连接，所述CPLD芯片U27A、CPLD芯片U27B、CPLD芯片U27C、CPLD芯片U27D均集成在一个CPLD芯片上。
CPLD芯片U27A、CPLD芯片U27B、CPLD芯片U27C、CPLD芯片U27D集成芯片型号为ICE5LP4K。
本实用新型一种二十四位双积分型高精度量化器，工作原理如下：
开始积分电容充电，当积分电容的积分电压超过比较器P的限定值，比较器输出高电平，通过CPLD模块处理使得电子开关P处于关闭状态而电子开关N处于工作状态，恒压源N工作给积分电容进行放电，当放电状态达到比较器N的限定值，比较器输出高电平，通过CPLD模块处理使得电子开关N处于关闭状态而电子开关P处于工作状态，恒压源P工作给积分电容进行充电，然后一直循环此工作过程。该方案可以提高抗干扰能力，抵消了斜坡发生器产生的误差以及大幅抑制高频噪声的能力。
本实用新型一种二十四位双积分型高精度量化器，与现有的双积分型量化器相比较，由于采用了本积分器部分和比较器部分设计，从而使得本实用新型具有提高量化精度的优势；比较器部分的参考电压通过一个参考电源芯片输出并通过两个运放来提高它的电压稳定性以提高比较器的对比精度(见图4)，从而提高量化器的精度；积分电路中积分电容采用高精度电容器，见图3，以提高积分精度，保证量化器的精度。与现有的双积分型量化器相比较，由于采用了本CPLD模块设计，即为了增加计数器的计数准确率，没有采用CPLD内部由PLL输出的时钟，而是采用外部晶振Y1输入的时钟计数，这样提高了计数器的准确率，从而提高了量化器的精度，如图5所示，从而使得本实用新型具有体积小、功耗低以及计数精度高的优势。开关电路部分采用两控双刀双掷电子开关芯片，逻辑控制部分采用CPLD单芯片完成多个数字芯片组合完成的逻辑功能，减少数字芯片的用量，降低了电路板的体积以及功耗。
Claims (6)
1.一种二十四位双积分型高精度量化器，其特征在于，包括一对恒压源P和恒压源N，恒压源P通过电子开关P与积分电路连接，恒压源N通过电子开关N也与积分电路连接，积分电路又分别与比较器P和比较器N同时连接，比较器P和比较器N均与CPLD模块连接，CPLD模块同时还分别与电子开关P、电子开关N连接。
2.根据权利要求1所述的一种二十四位双积分型高精度量化器，其特征在于，所述比较器P和比较器N的具体结构如下：包括恒压源U1，恒压源U1的输入端IN连接至电源端VDD，恒压源U1的输出端OUT与运放器U2A的正输入端连接，运放器U2A的负输入端与运放器U2B的负输入端连接，同时运放器U2A的输出端也与运放器U2B的负输入端连接，运放器U2A的输出端还与运放器U3A的正输入端连接，运放器U3A的输出端和负输入端又与比较器U34的正输入端连接，比较器U34的负输入端与所述积分电路连接，比较器U34的输出端与CPLD模块连接；
运放器U2B的正输入端接地，运放器U2B的输出端与运放器U3B的正输入端连接，运放器U3B的输出端和负输入端又与比较器U33的正输入端连接，比较器U33的负输入端与所述积分电路连接，比较器U33的输出端与CPLD模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种二十四位双积分型高精度量化器，其特征在于，所述积分电路包括与所述比较器P和比较器N的输入端连接的运放器U6B的输出端，运放器U6B的负输入端与运放器U6A的负输入端连接，同时，运放器U6B的负输入端还与运放器U6B的输出端连接，运放器U6B的负输入端与运放器U6B的输出端之间还设置有电容C25，运放器U6A的负输入端还与运放器U6A的输出端连接，运放器U6A的负输入端与运放器U6A的输出端之间还设置有电阻R20，同时，运放器U6B的负输入端还与所述电子开关P和电子开关N连接，运放器U6B的正输入端以及运放器U6A的正输入端均接地。
4.根据权利要求1所述的一种二十四位双积分型高精度量化器，其特征在于，所述电子开关P和电子开关N结构相同，均为两控双刀双掷电子开关，其中，电子开关P为第一控制双刀双掷电子开关，电子开关N为第二控制双刀双掷开关，电子开关P和电子开关N的双刀双掷开关中的第一刀的一端开关端子均与所述积分电路的输入端连接，电子开关P和电子开关N双刀双掷开关中的第二刀的一端开关端子均接地，电子开关P的双刀双掷开关中的第一刀的另一端开关端子与恒压源P连接，电子开关N的双刀双掷开关中的第二刀的另一端开关端子和恒压源N连接，电子开关P的开关控制端、电子开关N的开关控制端均与所述CPLD模块连接。
5.根据权利要求1所述的一种二十四位双积分型高精度量化器，其特征在于，所述CPLD模块具体结构为：包括与所述比较器P和比较器N连接的CPLD芯片U27A，CPLD芯片U27B还与晶振Y1的输出端以及下载接口P1连接，CPLD芯片U27C又与所述电子开关P和电子开关N连接，CPLD芯片U27D与为CPLD芯片供电的电源端VCC-1V2、电源端VCC-2V5连接，所述CPLD芯片U27A、CPLD芯片U27B、CPLD芯片U27C、CPLD芯片U27D以及晶振Y1、下载接口P1均与电源VCC-3V3连接，所述CPLD芯片U27A、CPLD芯片U27B、CPLD芯片U27C、CPLD芯片U27D均集成在一个CPLD芯片上。
6.根据权利要求5所述的一种二十四位双积分型高精度量化器，其特征在于，所述CPLD芯片U27A、CPLD芯片U27B、CPLD芯片U27C、CPLD芯片U27D集成芯片型号为ICE5LP4K。
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