一種高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括：可調(diào)恒流源、開關(guān)陣列、高速積分器、前饋比較器、光電隔離器、脈寬測量電路、自穩(wěn)零積分器、斬波比較器、斬波積分器、自穩(wěn)零比較器、調(diào)零控制器、自校準電路，校準控制器、時鐘電路以及主控制器；主控制器控制脈寬測量電路對通過光電隔離器傳來的三個脈沖寬度進行測量，合成被測電壓的UX值，UX=UR（T0+T1+T2）/225，UR表示基準電壓，準確度優(yōu)于1×10-7。本發(fā)明的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位半，滿度誤差為±0.0001%，達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。本發(fā)明廣泛應(yīng)用于6位半到8位半的數(shù)字多用表中，還用在高準確度的數(shù)字采集器上和高端儀器儀表中；提高我國相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品在國際和國內(nèi)市場中的競爭力，節(jié)省了外匯。
【專利說明】一種高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字信號處理領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]進入21世紀后，人類社會已全面進入信息時代，信息產(chǎn)業(yè)成為了現(xiàn)代社會最重要的支柱和最主要的產(chǎn)業(yè)，伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器近年也呈現(xiàn)高速發(fā)展趨勢。A/D轉(zhuǎn)換器是現(xiàn)代測量技術(shù)最最基礎(chǔ)的、最重要的組成部分。它由分離器件到大規(guī)模集成電路發(fā)展了幾十年，其準確度、線性、速度和分辨率也在逐步提聞。
[0003]A/D轉(zhuǎn)換器可分成兩大類，一類是直接型A/D轉(zhuǎn)換器，另一類是間接型A/D轉(zhuǎn)換器。在直接型A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬電壓被直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，不經(jīng)任何中間變量；在間接型A/D轉(zhuǎn)換器中，首先把輸入的模擬電壓，轉(zhuǎn)換成某種中間變量(如時間、頻率、脈沖寬度等)，然后再把中間變量轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼輸出。直接型A/D轉(zhuǎn)換器包括電荷分配型A/D轉(zhuǎn)換器、反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器和非反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器三種。其中，反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器又包括逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和跟蹤技術(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器兩種；非反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器包括串聯(lián)方式A/D轉(zhuǎn)換器、并聯(lián)方式A/D轉(zhuǎn)換器和串并聯(lián)方式A/D轉(zhuǎn)換器三種。間接型A/D轉(zhuǎn)換器包括電壓時間變換型A/D轉(zhuǎn)換器和電壓頻率型A/D轉(zhuǎn)換器兩種，其中電壓時間變換型A/D轉(zhuǎn)換器包括單積分型A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器、多重積分型A/D轉(zhuǎn)換器和脈沖調(diào)制積分型A/D轉(zhuǎn)換器等四種。
[0004]AD轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標有很多，有分辨率(Resolution)、滿刻度誤差(Full ScaleError)、轉(zhuǎn)換速率(Conversion Rate)、量化誤差(Quantizing Error)、偏移誤差(OffsetError)、線性度(Linearity)、絕對精度(Absolute Accuracy)、相對精度(RelativeAccuracy)、微分非線性、單調(diào)性和無錯碼、總諧波失真(Total Harmonic Distotortion縮寫THD)和積分非線性等。但最主要的指標是分辨率和滿刻度誤差。分辨率(Resolution)指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。滿刻度誤差(Full Scale Error)是滿度輸出時對應(yīng)的輸入信號與理想輸入信號值之差。
[0005]目前A/D轉(zhuǎn)換器技術(shù)的主要情況如下:
[0006]一、逐次比較型:逐次比較型A/D是目前應(yīng)用最廣泛的A/D轉(zhuǎn)換器。逐次比較型A/D由一個比較器和D/A轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng)η次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點是速度較高、功耗低。
[0007](I)如ADC1143逐次比較型轉(zhuǎn)換器，其分辨率為16位，轉(zhuǎn)換滿度誤差為0.06% ;價
格很高。
[0008](2)逐次逼近型16位低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAXl 166，該轉(zhuǎn)換器內(nèi)帶4.096 V精密參考源。采樣頻率:165ksps ;最大線性誤差±2LSB，16位無誤碼；價格較高。[0009](3) 16位串行A/D轉(zhuǎn)換器MAX195是MAX頂公司推出的16位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，具有體積小、功耗低、轉(zhuǎn)換速度快、精度高等優(yōu)點。串行接口的特點使其與微控制器直接相連，大大簡化了輸入通道的設(shè)計。分辨率為16位；具有三態(tài)串行數(shù)據(jù)輸出口，與SPI / QSPI和Microwlre兼容；能夠單極性和雙極性模擬輸入；轉(zhuǎn)換時間最小值為9.4 μ s ；采樣速率為100000次/ s ;積分非線性誤差為±0.003%FSR;最大微分非線性誤差為±0.00156%。價格比前兩者便宜。
[0010]二、積分型A/D轉(zhuǎn)換器:積分型A/D是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片A/D轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。例如ICL7135積分型A/D轉(zhuǎn)換器分辨率為4位半，轉(zhuǎn)換滿度誤差為0.01% ;再如AD7555分辨率為5位半，轉(zhuǎn)換滿度誤差為0.01%。
[0011]三、并行比較型/串并行比較型:并行比較型A/D采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，η位的轉(zhuǎn)換需要2n-l個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻A/D轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。
[0012]串并行比較型A/D結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型A/D轉(zhuǎn)換器配合D/A轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實行轉(zhuǎn)換，所以稱為Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的叫做分級(Multistep/Subrangling)型A/D,而從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱為流水線(Pipelined)型A/D,現(xiàn)代的分級型A/D中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。
[0013]TLC5510是美國TI公司生產(chǎn)的新型模數(shù)轉(zhuǎn)換器件(ADC)，它是一種采用CMOS工藝制造的8位高阻抗并行A/D芯片，能提供的最小采樣率為20MSPS。由于TLC5510采用了半閃速結(jié)構(gòu)及CMOS工藝，因而大大減少了器件中比較器的數(shù)量，而且在高速轉(zhuǎn)換的同時能夠保持較低的功耗。在推薦工作條件下，TLC5510的功耗僅為130mW。分辨率為8位，滿度誤
差為0.4%ο
[0014]四、壓頻變換型:壓頻變換型(Voltage-Frequency Converter)是通過間接轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種A/D的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度。其優(yōu)點是分辨率高、功耗低、價格低、但是需要外部計數(shù)電路共同完成A/D轉(zhuǎn)換。
[0015]AD652是美國模擬器件公司研制的一種單片、高速、多功能同步V/F轉(zhuǎn)換器。它是AD651的更新產(chǎn)品，管腳排列和功能與AD651完全兼容。主要特點有:工作頻率高，最高滿度頻率可達1MHz，轉(zhuǎn)換的準確度決定于外接時鐘頻率的穩(wěn)定度；線性誤差極低，在輸出滿度頻率IMHz時，非線性誤差為0.002% ;片內(nèi)有低漂移的SV基準源和低溫度系數(shù)的定標電阻，使該片增益漂移小于15ppm ;輸入時鐘與TTL和CMOS兼容；開路集電極輸出級提供靈活、足夠驅(qū)動TTL和CMOS的電流；可以與光電藕合器和脈沖變壓器接口 ；僅需外接一個積分電容就可以工作；AD652除作Y/F轉(zhuǎn)換外，還可以實現(xiàn)同步F/V轉(zhuǎn)換。
[0016]五、Σ - Δ (Sigma-delta)調(diào)制型:Σ - Δ型A/D由積分器、比較器、I位D/A轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度)信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。
[0017]如美國ANALOG DEVICE公司最近推出的低價、高分辨率A/D器件AD7711A采用了Λ-Σ原理，可實現(xiàn)高達24位(二進制)的分辨率。由于Λ-Σ原理采用了過采樣、等技術(shù)，可用較低的成本實現(xiàn)很高的分辨率，并且噪聲小、抗干擾能力強，高精度，24位(二進制)無漏碼，輸出±0.0015%的非線性。
[0018]綜上所述，當(dāng)前A/D轉(zhuǎn)換器的最高分辨率為24位、最高滿度誤差為±0.0015%。分離器件和傳統(tǒng)的ADC無法超越上述分辨率和最高滿度誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0020]本發(fā)明提供了一種高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括:依次連接的可調(diào)恒流源、開關(guān)陣列、高速積分器、前饋比較器、光電隔離器和脈寬測量電路，與所述開關(guān)陣列連接的自穩(wěn)零積分器、其一端與自穩(wěn)零積分器連接另一端與光電隔離器連接的斬波比較器，與所述開關(guān)陣列連接的斬波積分器、其一端與斬波積分器連接另一端與光電隔離器連接的自穩(wěn)零比較器，與所述開關(guān)陣列連接的調(diào)零控制器、與所述開關(guān)陣列連接的自校準電路，與自校準電路連接的校準控制器，與脈寬測量電路連接的時鐘電路，與可調(diào)恒流源、開關(guān)陣列、脈寬測量電路和校準控制器均連接的主控制器；
[0021]所述主控制器控制開關(guān)陣列將調(diào)零控制器的信號連接至斬波積分器，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的零點進行積分測量，并通過自穩(wěn)零比較器測出零點值脈沖寬度Ttl ；
[0022]所述主控制器控制開關(guān)陣列將被測信號Ux連接至高速積分器，對被測信號Ux的高位進行積分測量，并通過前饋比較器測出被測信號Ux的高位值脈沖寬度T1 ；
[0023]所述主控制器控制開關(guān)陣列將被測信號Ux連接至自穩(wěn)零積分器，對被測信號Ux的低位進行積分測量，并通過斬波比較器測出被測信號Ux的低位值脈沖寬度Τ2 ；
[0024]所述主控制器控制脈寬測量電路對通過光電隔離器傳來的三個脈沖寬度進行測量，合成被測電壓的Ux值，Ux=Ue (WT2) /225，所述Us表示基準電壓。
[0025]更進一步地，高位值脈沖寬度T1的范圍為O — 32768 ;低位值脈沖寬度Τ2的范圍為 0—16384。
[0026]更進一步地，所述開關(guān)陣列由集成模擬開關(guān)器件組成。
[0027]更進一步地，所述脈寬測量電路包括三個16位計數(shù)器，分別用于測量零點值脈沖寬度Ttl,高位值脈沖寬度T1和低位值脈沖寬度Τ2的脈寬值。
[0028]更進一步地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括用于提供多種隔離電源的電源電路。
[0029]本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于6位半到8位半的數(shù)字多用表中，還可以用在高準確度的數(shù)字采集器上和高端儀器儀表中。提高我國相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品在國際和國內(nèi)市場中的競爭力，打破美國的壟斷，節(jié)省了外匯。本發(fā)明的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位半，滿度誤差為±0.0001%，達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明實施例提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模塊結(jié)構(gòu)框圖。【具體實施方式】
[0031]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0032]本發(fā)明實施例提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換器打破了國外的壟斷在高端儀器的壟斷，可以廣泛應(yīng)用于6位半道8位半的數(shù)字多用表中，還可以用在高準確度的數(shù)字采集器上和高端儀器儀表中。對我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督、教育和國防都有重大意義。必將能帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。圖1示出了本發(fā)明實施例提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模塊結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分，詳述如下:[0033]模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括:依次連接的可調(diào)恒流源101、開關(guān)陣列102、高速積分器103、前饋比較器104、光電隔離器115和脈寬測量電路110，與所述開關(guān)陣列102連接的自穩(wěn)零積分器107、其一端與自穩(wěn)零積分器107連接另一端與光電隔離器115連接的斬波比較器108，與所述開關(guān)陣列102連接的斬波積分器111、其一端與斬波積分器111連接另一端與光電隔離器115連接的自穩(wěn)零比較器112，與所述開關(guān)陣列102連接的調(diào)零控制器106、與所述開關(guān)陣列102連接的自校準電路114，與自校準電路114連接的校準控制器113，與脈寬測量電路110連接的109，與可調(diào)恒流源101、開關(guān)陣列102、脈寬測量電路110和校準控制器113均連接的主控制器105 ;主控制器105控制開關(guān)陣列102將調(diào)零控制器106的信號連接至斬波積分器111，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的零點進行積分測量，并通過自穩(wěn)零比較器112測出零點值脈沖寬度Ttl ;主控制器105控制開關(guān)陣列102將被測信號Ux連接至高速積分器103，對被測信號Ux的高位進行積分測量，并通過前饋比較器104測出被測信號Ux的高位值脈沖寬度T1 ;主控制器105控制開關(guān)陣列102將被測信號Ux連接至自穩(wěn)零積分器107，對被測信號Ux的低位進行積分測量，并通過斬波比較器108測出被測信號Ux的低位值脈沖寬度T2 ;主控制器105控制脈寬測量電路110對通過光電隔離器115傳來的三個脈沖寬度進行測量，合成被測電壓的Ux {t,Ux=Ue (WIp/225，其中，基Uk表示基準電壓，準確度優(yōu)于IX 10_7，Tl值的范圍為O — 32768，即二進制13位，T2值的范圍為O —16384，即二進制12位。
[0034]在本發(fā)明實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括用于提供多種隔離電源的電源電路116 ；該電源電路116保證各路電源不受因模數(shù)轉(zhuǎn)換器運行所產(chǎn)生的干擾的影響。
[0035]本發(fā)明的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以應(yīng)用到高精度數(shù)字多用表、高準確度的數(shù)字采集器、高端計量測試儀表中。使其直流電壓、直流電流、電阻的測量分辨率達到8位半，準確度達到0.0001% ;使其交流電壓、交流電流測量分辨率達到7位半，準確度達到0.005%。
[0036]在本發(fā)明實施例中，T1的值最大為32768，T2的值最大為16384，T0的值是整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的零點，其值很小。通過這種測量，測量值高位最大值可超過19999 (十進制)，低位最大可超過9999 (十進制)，整體分辨率可超過199999999，達到了分辨率的要求。另外，從Ux=Uk (T0+T1+12)/225可以看出，被測值Ux準確度取決于基準值Ur準確度和脈沖寬度T。、?\、Τ2的準確度。WT2的準確度為±1/199999999=5X10'因此，只要基準Uk準確度優(yōu)于IX 10 就能保證模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿度誤差優(yōu)于±0.0001%。
[0037]本發(fā)明實施例提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有自校準功能，主控制器105通過開關(guān)陣列102自校準電路114接到三個積分器(103、107、111)上，可以對整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行自校準，從而保證模數(shù)轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定、可靠、準確運行。
[0038]在本發(fā)明實施例中，可調(diào)式恒流源101作為積分器的積分電流，使其積分速度快、線性度好、可靠性高。高速積分器103和高速前饋比較器104，使模數(shù)轉(zhuǎn)換器的翻轉(zhuǎn)誤差降到最低。自穩(wěn)零積分器107和斬波比較器108，用于測量被測信號的低位值，降低了噪聲，提高了分別率。斬波積分器111和自穩(wěn)零比較器112，用于測量模數(shù)轉(zhuǎn)換器的零點信號，將小信號變成大信號進行測量，降低了噪聲，提高了靈敏度。
[0039]主控制器105由高速可編程器件組成；用于控制整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器高速、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定運行。主控制器105包括:單片機AT89C2051和復(fù)位控制芯片MP813組成系統(tǒng)，主要對整體轉(zhuǎn)換器進行按著要求逐步進行。
[0040]光電隔離器115由多片高速光耦組成；保證了數(shù)字電路和模擬電路完全隔離，降低了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪聲，提高了可靠性；光電隔離器115具體包括:由兩片高速光電耦合器件HVPL-2430和高速整形器件74AC14，能夠把脈沖寬度信號傳送到脈寬測量電路。
[0041]開關(guān)陣列102為高速智能開關(guān)陣列，提高了 A/D轉(zhuǎn)換的速度，降低了因轉(zhuǎn)換慢帶來的誤差。開關(guān)陣列102所述開關(guān)陣列102由集成模擬開關(guān)器件ADG1411組成，導(dǎo)通電阻低，速度高，控制簡單，成本低，便于批量生產(chǎn)。
[0042]高速脈寬測量電路110保證模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率優(yōu)于199999999 ;脈寬測量電路110包括:由INTEL82C54組成寬測量電路，它具有三個16位計數(shù)器，分別用于測量零點值脈沖寬度Ttl,高位值脈沖寬度T1和低位值脈沖寬度T2的脈寬值。
[0043]自校準電路114可以對整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行自校準，從而保證模數(shù)轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定、可靠、準確運行。
[0044]本發(fā)明實施例提供的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域:
[0045](I)工業(yè)方面，可以用來測量各種高精度傳感器的電量參數(shù)，從而控制系統(tǒng)運行的時間、速度、方式、效率，進而節(jié)省能源，提高產(chǎn)品競爭力；
[0046](2)國防方面，可以用于導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船的生產(chǎn)檢測和運行控制；
[0047](3)能源系統(tǒng)方面，可以用于新型能源，如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電動汽車的生產(chǎn)和測試;
[0048](4)科研方面，可以用于大專院校、科研部門作為高精度測試儀器；
[0049](5)安全生產(chǎn)方面，可以用于礦山安全儀器的檢測；
[0050](6)食品安全方面，可以用于食品安全儀器的校準；
[0051](7)計量方面，可以作為計量部門、校準單位的最高標準儀器。
[0052]現(xiàn)結(jié)合圖1詳述該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理如下:主控制器105控制開關(guān)陣列102，把調(diào)零控制器106的信號接到斬波積分器111上，對整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的零點進行積分測量，通過自穩(wěn)零比較器112測出零點值脈沖寬度I；。主控制器105控制開關(guān)陣列102，把被測信號Ux接到高速積分器103上，對被測信號Ux的高位進行積分測量，通過前饋比較器104測出被測信號Ux的高位值脈沖寬度！\。T1值的范圍為O — 32768，即二進制13位。主控制器105控制開關(guān)陣列102，把被測信號Ux接到自穩(wěn)零積分器107上，對被測信號Ux的低位進行積分測量，通過斬波比較器108測出被測信號Ux的低位值脈沖寬度T2。T2值的范圍為O —16384，即二進制12位。主控制器105控制脈寬測量電路110，對通過光電隔離器115傳來的三個脈沖寬度進行測量，最后合成被測電壓的Ux值，Ux=Ue (T0+T1+T2) /225，T1的值最大為32768，T2的值最大為16384，T0的值是整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的零點，其值很小。通過這種測量，測量值高位最大值可超過19999 (十進制)，低位最大可超過9999 (十進制)，整體分辨率可超過199999999，達到了分辨率的要求。從Ux=Uk (T0+T1+)/225可以看出，被測值Ux準確度取決于基準值Ur準確度和脈沖寬度I；、1\、T2的準確度。I；、1\、T2的準確度為土 1/199999999=5 X 10Λ因此，只要基準Ur準確度優(yōu)于I X 10_7，就能保證模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿度誤差優(yōu)于±0.0001%。
[0053]6)本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有自校準功能，主控制器105通過開關(guān)陣列102自校準電路114接到三個積分器(103、107、111)上，可以對整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行自校準，從而保證
模數(shù)轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定、可靠、準確運行。
[0054]本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于6位半到8位半的數(shù)字多用表中，還可以用在高準確度的數(shù)字采集器上和高端儀器儀表中。提高我國相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品在國際和國內(nèi)市場中的競爭力，打破美國的壟斷，節(jié)省了外匯。本發(fā)明的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位半，滿度誤差為土 0.0001%,達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。
[0055]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括:依次連接的可調(diào)恒流源(101)、開關(guān)陣列(102)、高速積分器(103)、前饋比較器(104)、光電隔離器(115)和脈寬測量電路(110)，與所述開關(guān)陣列(102)連接的自穩(wěn)零積分器(107)、其一端與自穩(wěn)零積分器(107)連接另一端與光電隔離器(115)連接的斬波比較器(108)，與所述開關(guān)陣列(102)連接的斬波積分器(111)、其一端與斬波積分器(111)連接另一端與光電隔離器(115)連接的自穩(wěn)零比較器(112)，與所述開關(guān)陣列(102)連接的調(diào)零控制器(106)、與所述開關(guān)陣列(102)連接的自校準電路(114)，與自校準電路(114)連接的校準控制器(113)，與脈寬測量電路(110)連接的時鐘電路(109)，與可調(diào)恒流源(101)、開關(guān)陣列(102)、脈寬測量電路(110)和校準控制器(113)均連接的主控制器(105)； 所述主控制器(105)控制開關(guān)陣列(102)將調(diào)零控制器(106)的信號連接至斬波積分器(111)，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的零點進行積分測量，并通過自穩(wěn)零比較器(112)測出零點值脈沖寬度Ttl; 所述主控制器(105)控制開關(guān)陣列(102)將被測信號Ux連接至高速積分器(103)，對被測信號Ux的高位進行積分測量，并通過前饋比較器(104)測出被測信號Ux的高位值脈沖寬度1\ ； 所述主控制器(105)控制開關(guān)陣列(102)將被測信號Ux連接至自穩(wěn)零積分器(107)，對被測信號Ux的低位進行積分測量，并通過斬波比較器(108)測出被測信號Ux的低位值脈沖寬度T2 ； 所述主控制器(105)控制脈寬測量電路(110)對通過光電隔離器(115)傳來的三個脈沖寬度進行測量，合成被測電壓的Ux值，Ux=Ue (VT-T2) /225，所述Ue表示基準電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，高位值脈沖寬度T1的范圍為O—32768 ;低位值脈沖寬度T2的范圍為O —16384。
3.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述開關(guān)陣列(102)由集成模擬開關(guān)器件組成。`
4.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述脈寬測量電路(110)包括三個16位計數(shù)器，分別用于測量零點值脈沖寬度Ttl,高位值脈沖寬度T1和低位值脈沖寬度T2的脈寬值。
5.如權(quán)利要求1所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包括用于提供多種隔離電源的電源電路(116)。
【文檔編號】H03M1/12GK103457605SQ201310123299
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月10日
【發(fā)明者】劉遠東, 魯志軍 申請人:深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院