CN219107428U - 一种adc校正电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及ADC检测技术领域，具体公开了一种ADC校正电路，包括斩波开关、ADC、斩波控制器、校正乘法器、校正加法器和增益误差校正模块；斩波开关的第一输入端输入待检测电压信号，其第二输入端与斩波控制器的第一输出端连接，其输出端与ADC的输入端连接；斩波控制器的输入端与ADC的输出端连接，斩波控制器的第二输出端与校正加法器的第一输入端连接；校正乘法器的第一输入端输入原始电压量化数据，其第二输入端获取增益误差校正模块输出的增益误差校正系数；校正乘法器和校正加法器校正原始电压量化数据的增益误差和失调误差，以输出校正后的电压量化数据。本实用新型能够校正电池电压测量过程中的失调误差和增益误差。

Description

一种ADC校正电路

技术领域

本实用新型涉及ADC检测技术领域，更具体地，涉及一种ADC校正电路。

背景技术

感知世界是数据转换器(Analog to Digital Converter，ADC)的重要作用，数字系统常使用ADC将外界的模拟信号转换为可处理的数字信号，然后通过数字电路强大的数据处理功能处理这些数据，从而实现期望的功能。ADC的精度对数字系统的性能有很大的影响，转换精度越高，系统性能越好。在电动汽车电池管理系统(BMS)中，需要监测电池的各种状态，此时就需要高精度的ADC，以实现精确的测量。

ADC是一种高精度数据转换器件，在实际使用的过程中易受外界环境的影响，往往达不到ADC所标定的精度。而精度的损失会对整个系统的性能造成较大的影响，因此，需要对ADC的结果进行误差校正。

ADC设计的静态指标，也即误差类型，大致可以分为以下四类：失调误差(Offseterror)、增益误差(Gain error)、微分非线性(Differential nonlinearity)和积分非线性(Integral nonlinearity)。其中，失调误差和增益误差是外界环境影响的主要方面，而微分非线性和积分非线性误差常取决于ADC的结构和工艺。而且，失调误差和增益误差的校正原理比较简单，所需资源较少，适用于芯片级校正；而微分非线性和积分非线性误差与ADC结构相关，所以不容易校正，需要使用多项式逼近、查表法等，面积成本较高且不通用，不适用于芯片级校正。本实用新型主要研究由外界环境导致的失调及增益误差的校正。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种ADC校正电路，能够根据乘法和加法运算校正ADC采样通道中的增益误差和失调误差，效果显著，结构简单，易于实现。

作为本实用新型的第一个方面，提供一种ADC校正电路，所述ADC校正电路包括斩波开关、ADC、斩波控制器、校正乘法器、校正加法器和增益误差校正模块；

所述斩波开关的第一输入端用于输入待检测电压信号，所述斩波开关的第二输入端与所述斩波控制器的第一输出端连接，所述斩波开关的输出端与所述ADC的输入端连接，所述斩波开关用于控制所述待检测电压信号的方向；

所述斩波控制器的输入端与所述ADC的量化数据输出端连接，所述斩波控制器的第二输出端与所述校正加法器的第一输入端连接，所述斩波控制器用于输出失调误差校正系数至所述校正加法器；

所述校正乘法器的第一输入端用于输入ADC的原始电压量化数据；所述校正乘法器的第二输入端与所述增益误差校正模块连接，用于获取所述增益误差校正模块输出的增益误差校正系数；所述校正乘法器的输出端与所述校正加法器的第二输入端连接；

所述校正乘法器和所述校正加法器用于校正所述原始电压量化数据的增益误差和失调误差，所述校正加法器的输出端输出校正后的电压量化数据。

进一步地，所述增益误差校正模块包括存储器、选择器、系数加法器、系数乘法器和插值器；

所述存储器的第一输出端分别与所述插值器的输入端和所述选择器的选择信号输入端连接，所述存储器的第二输出端与所述选择器的第一数据输入端连接，所述存储器的第三输出端与所述选择器的第二数据输入端连接，所述存储器的第四输出端与所述系数加法器的第一输入端连接，所述存储器用于存储温度系数和当前外界环境温度值；其中，所述温度系数包括室温系数、高温系数和低温系数；

所述选择器的输出端与所述系数乘法器的第一输入端连接，所述选择器用于根据所述当前外界环境温度值选择所述高温系数或所述低温系数；

所述插值器的输出端与所述系数乘法器的第二输入端连接，所述插值器用于根据所述当前外界环境温度值获得温度比例系数，所述系数乘法器的输出端与所述系数加法器的第二输入端连接，所述系数加法器的第三输入端输入固定值1，所述系数加法器的输出端与所述校正乘法器的第二输入端连接，所述系数加法器用于所述增益误差校正系数的计算。

进一步地，所述增益误差校正系数gain_coeff的计算公式如下：

gain-coeff＝1+gain-room+K(T)×gain-hot/cold

其中，gain_room为室温系数，K(T)为温度比例系数，gain_hot为高温系数，gain_cold为低温系数。

进一步地，所述校正后的电压量化数据cali_data的计算公式如下：

cali-data＝(src-data×gain-coeff)+off-coeff

其中，src_data为ADC的原始电压量化数据，gain_coeff为所述增益误差校正系数，off_coeff为失调误差校正系数。

进一步地，所述斩波控制器用于获取ADC的原始电压量化数据src_data，假设所述ADC当前采样输出的原始电压量化数据src_data为V2，上一次采样输出的原始电压量化数据src_data为V1，所述斩波控制器通过计算当前原始电压量化数据V2和上一次原始电压量化数据V1的差异得到所述失调误差校正系数。

进一步地，所述温度比例系数K(T)是1以内的小数，其中，

所述当前外界环境温度值T越接近所设置的所述高温系数gain_hot或所述低温系数gain_cold时，所述温度比例系数K(T)越大；

所述当前外界环境温度值T为所设置的所述室温系数gain_room时，所述温度比例系数K(T)为0。

进一步地，所述斩波开关第一输入端的所述待检测电压信号为差分信号，所述斩波控制器用于控制所述斩波开关交替输出所述差分信号。

进一步地，所述校正乘法器和所述校正加法器的操作数均为定点数。

进一步地，所述系数加法器和所述系数乘法器的操作数均为定点数。

进一步地，所述插值器使用线性插值法根据所述当前外界环境温度值获得所述温度比例系数。

本实用新型提供的ADC校正电路具有以下优点：通过插值器和存储器中的温度相关的增益系数得到增益误差校正系数，通过斩波机制得到失调误差校正系数，然后再根据乘法和加法运算校正ADC采样通道中的增益误差和失调误差，效果显著，结构简单，易于实现。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。

图1为本实用新型提供的ADC校正电路的结构框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的ADC校正电路其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型的解释中，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，除非是特殊标明。例如，连接可以是固定连接，也可以是通过特殊的接口连接，也可以是中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实施例中提供了一种ADC校正电路，如图1所示，所述ADC校正电路10包括斩波开关20、ADC30、斩波控制器40、校正乘法器50、校正加法器60和增益误差校正模块；

所述斩波开关20的第一输入端用于输入待检测电压信号，所述斩波开关20的第二输入端与所述斩波控制器40的第一输出端连接，所述斩波开关20的输出端与所述ADC30的输入端连接，所述斩波开关20用于控制所述待检测电压信号的方向；

所述斩波控制器40的输入端与所述ADC30的量化数据输出端连接，所述斩波控制器40的第二输出端与所述校正加法器60的第一输入端连接，所述斩波控制器40用于输出失调误差校正系数至所述校正加法器60；

所述校正乘法器50的第一输入端用于输入ADC的原始电压量化数据src_data；所述校正乘法器50的第二输入端与所述增益误差校正模块连接，用于获取所述增益误差校正模块输出的增益误差校正系数；所述校正乘法器50的输出端与所述校正加法器60的第二输入端连接；

所述校正乘法器50和所述校正加法器60用于校正所述原始电压量化数据的增益误差和失调误差，所述校正加法器60的输出端输出校正后的电压量化数据cali_data。

优选地，所述增益误差校正模块包括存储器70、选择器80、系数加法器90、系数乘法器100和插值器110；

所述存储器70的第一输出端分别与所述插值器110的输入端和所述选择器80的选择信号输入端连接，所述存储器70的第二输出端与所述选择器80的第一数据输入端连接，所述存储器70的第三输出端与所述选择器80的第二数据输入端连接，所述存储器70的第四输出端与所述系数加法器90的第一输入端连接，所述存储器70用于存储温度系数和当前外界环境温度值Temperature(下面简称为T)；其中，所述温度系数包括室温系数、高温系数和低温系数；

所述选择器80的输出端与所述系数乘法器100的第一输入端连接，所述选择器80用于根据所述当前外界环境温度值T选择所述高温系数或所述低温系数；

所述插值器110的输出端与所述系数乘法器100的第二输入端连接，所述插值器110用于根据所述当前外界环境温度值获得温度比例系数K(T)，所述系数乘法器100的输出端与所述系数加法器90的第二输入端连接，所述系数加法器90的第三输入端输入固定值1，所述系数加法器90的输出端与所述校正乘法器50的第二输入端连接，所述系数加法器90用于所述增益误差校正系数gain_coeff的计算。

具体地，选择器80为数据选择器。

具体地，所述存储器70中的温度系数与ADC温度相关，通过对ADC的实际测试得到；所述存储器中的当前外界环境温度值为温度传感器输出值或者MCU写入的温度值。

优选地，所述增益误差校正系数gain_coeff的计算公式如下：

gain-coeff＝1+gain-room+K(T)×gain-hot/cold (1)

其中，gain_room为室温系数，K(T)为温度比例系数，gain_hot为高温系数，gain_cold为低温系数。

优选地，所述校正后的电压量化数据cali_data的计算公式如下：

cali-data＝(src-data×gain-coeff)+off-coeff (2)

其中，src_data为ADC的原始电压量化数据，gain_coeff为所述增益误差校正系数，off_coeff为失调误差校正系数。

本实用新型提供的ADC校正电路，通过插值器110和存储器70中的温度相关的增益系数得到增益误差校正系数gain_coeff，见公式(1)，通过斩波机制得到失调误差校正系数off_coeff，然后再根据乘法和加法运算校正ADC采样通道中的增益误差和失调误差，计算公式见公式(2)，cali_data为最终校正后的结果输出。本实用新型校正效果显著，结构简单，易于实现。

优选地，所述斩波控制器40用于获取ADC的原始电压量化数据src_data，假设所述ADC30当前采样输出的原始电压量化数据src_data为V2，上一次采样输出的原始电压量化数据src_data为V1，所述斩波控制器40通过计算当前原始电压量化数据V2和上一次原始电压量化数据V1的差异得到所述失调误差校正系数off_coeff。

优选地，所述温度比例系数K(T)是1以内的小数，其中，

所述当前外界环境温度值T越接近所设置的所述高温系数gain_hot或所述低温系数gain_cold时，所述温度比例系数K(T)越大；

所述当前外界环境温度值T为所设置的所述室温系数gain_room时，所述温度比例系数K(T)为0。

优选地，所述斩波开关20第一输入端的所述待检测电压信号为差分信号，所述斩波控制器40用于控制所述斩波开关20交替输出所述差分信号，所述斩波开关20交替传输电压Vin和Vin的反向至ADC30的输入，ADC30输出原始电压量化数据src_data，假设前后两次采样后ADC输出的src_data分别为V1和V2，则V1＝+Vin+offset和V2＝-Vin+offset；一般使用ADC采样输出的数据src_data受外界环境和自身电路影响有偏差，所以使用校正电路修调掉这些偏差，得到校正后的数据cali_data。

优选地，所述斩波控制器40是所述ADC校正电路的控制核心，控制采样通道和斩波开关，并根据ADC量化数据(V1和V2))得到失调误差校正系数off_coeff；所述斩波控制器40通过计算当前采样(V2)和上一次采样(V1)的差异得到失调误差系数off_coeff＝(V1+V2)/2。

需要说明的是，斩波开关20是配合斩波控制器40实现斩波功能的开关，作用是交换输入的方向，假设输入从上到下为+vin和-vin，开关控制信号为0，直接输出；若为1则交换输出，输出-vin和+vin。

优选地，所述校正乘法器50和所述校正加法器60的操作数均为定点数。

优选地，所述系数加法器90和所述系数乘法器100的操作数均为定点数。

优选地，所述插值器110使用线性插值法根据所述当前外界环境温度值获得所述温度比例系数。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种ADC校正电路，其特征在于，所述ADC校正电路(10)包括斩波开关(20)、ADC(30)、斩波控制器(40)、校正乘法器(50)、校正加法器(60)和增益误差校正模块；

所述斩波开关(20)的第一输入端用于输入待检测电压信号，所述斩波开关(20)的第二输入端与所述斩波控制器(40)的第一输出端连接，所述斩波开关(20)的输出端与所述ADC(30)的输入端连接，所述斩波开关(20)用于控制所述待检测电压信号的方向；

所述斩波控制器(40)的输入端与所述ADC(30)的量化数据输出端连接，所述斩波控制器(40)的第二输出端与所述校正加法器(60)的第一输入端连接，所述斩波控制器(40)用于输出失调误差校正系数至所述校正加法器(60)；

所述校正乘法器(50)的第一输入端用于输入ADC的原始电压量化数据；所述校正乘法器(50)的第二输入端与所述增益误差校正模块连接，用于获取所述增益误差校正模块输出的增益误差校正系数；所述校正乘法器(50)的输出端与所述校正加法器(60)的第二输入端连接；

所述校正乘法器(50)和所述校正加法器(60)用于校正所述原始电压量化数据的增益误差和失调误差，所述校正加法器(60)的输出端输出校正后的电压量化数据。

2.根据权利要求1所述的一种ADC校正电路，其特征在于，所述增益误差校正模块包括存储器(70)、选择器(80)、系数加法器(90)、系数乘法器(100)和插值器(110)；

所述存储器(70)的第一输出端分别与所述插值器(110)的输入端和所述选择器(80)的选择信号输入端连接，所述存储器(70)的第二输出端与所述选择器(80)的第一数据输入端连接，所述存储器(70)的第三输出端与所述选择器(80)的第二数据输入端连接，所述存储器(70)的第四输出端与所述系数加法器(90)的第一输入端连接，所述存储器(70)用于存储温度系数和当前外界环境温度值；其中，所述温度系数包括室温系数、高温系数和低温系数；

所述选择器(80)的输出端与所述系数乘法器(100)的第一输入端连接，所述选择器(80)用于根据所述当前外界环境温度值选择所述高温系数或所述低温系数；

所述插值器(110)的输出端与所述系数乘法器(100)的第二输入端连接，所述插值器(110)用于根据所述当前外界环境温度值获得温度比例系数，所述系数乘法器(100)的输出端与所述系数加法器(90)的第二输入端连接，所述系数加法器(90)的第三输入端输入固定值1，所述系数加法器(90)的输出端与所述校正乘法器(50)的第二输入端连接，所述系数加法器(90)用于所述增益误差校正系数的计算。

3.根据权利要求2所述的一种ADC校正电路，其特征在于，所述增益误差校正系数gain_coeff的计算公式如下：

gain-coeff＝1+gain-room+K(T)×gain-hot/cold

其中，gain_room为室温系数，K(T)为温度比例系数，gain_hot为高温系数，gain_cold为低温系数。

4.根据权利要求3所述的一种ADC校正电路，其特征在于，所述校正后的电压量化数据cali_data的计算公式如下：

cali-data＝(src-data×gain-coeff)+off-coeff

其中，src_data为ADC的原始电压量化数据，gain_coeff为所述增益误差校正系数，off_coeff为失调误差校正系数。

5.根据权利要求4所述的一种ADC校正电路，其特征在于，所述斩波控制器(40)用于获取ADC的原始电压量化数据src_data，假设所述ADC(30)当前采样输出的原始电压量化数据src_data为V2，上一次采样输出的原始电压量化数据src_data为V1，所述斩波控制器(40)通过计算当前原始电压量化数据V2和上一次原始电压量化数据V1的差异得到所述失调误差校正系数。

6.根据权利要求3所述的一种ADC校正电路，其特征在于，所述温度比例系数K(T)是1以内的小数，其中，

当前外界环境温度值T越接近所设置的所述高温系数gain_hot或所述低温系数gain_cold时，所述温度比例系数K(T)越大；

当前外界环境温度值T为所设置的所述室温系数gain_room时，所述温度比例系数K(T)为0。

7.根据权利要求1所述的一种ADC校正电路，其特征在于，所述斩波开关(20)第一输入端的所述待检测电压信号为差分信号，所述斩波控制器(40)用于控制所述斩波开关(20)交替输出所述差分信号。

8.根据权利要求1所述的一种ADC校正电路，其特征在于，所述校正乘法器(50)和所述校正加法器(60)的操作数均为定点数。

9.根据权利要求2所述的一种ADC校正电路，其特征在于，所述系数加法器(90)和所述系数乘法器(100)的操作数均为定点数。

10.根据权利要求2所述的一种ADC校正电路，其特征在于，所述插值器(110)使用线性插值法根据所述当前外界环境温度值获得所述温度比例系数。

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