一種高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，它包括連接于傳感器信號(hào)輸入的調(diào)理電路，所述調(diào)理電路通過(guò)之后連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連于信號(hào)處理器；所述的調(diào)理電路包括兩路并聯(lián)的、具有不同量程的調(diào)理電路，兩路調(diào)理電路之后各自相接有一24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由所述兩路模數(shù)轉(zhuǎn)換器同時(shí)對(duì)各自的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并在采樣后將信號(hào)數(shù)據(jù)送至后面相連的信號(hào)處理器；所述的調(diào)理電路由放大電路、單端轉(zhuǎn)差分電路及抗混疊濾波電路組成，其中，所述的放大電路將傳感器送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大或縮小，使之與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測(cè)量范圍一致；所述的單端轉(zhuǎn)差分電路將放大電路放大或縮小后的信號(hào)轉(zhuǎn)成差分信號(hào)，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的要求；所述的抗混疊濾波電路將測(cè)量帶寬外的信號(hào)濾除，以防在模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生噪聲混疊。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，屬于高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在聲學(xué)、振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域的要求越來(lái)越高，所測(cè)量的信號(hào)跨度也越來(lái)越大，被測(cè)信號(hào)可能會(huì)有120dB甚至更大的動(dòng)態(tài)范圍，與這些測(cè)量要求對(duì)應(yīng)的聲學(xué)、振動(dòng)傳感器的動(dòng)態(tài)范圍已經(jīng)做到140dB或更大，但是在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)上現(xiàn)有最高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器只有24位，其理論的動(dòng)態(tài)范圍為:201og(223)?138dB (24位的最高位為符號(hào)位)，實(shí)際的動(dòng)態(tài)范圍一般在115dB左右，因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能已經(jīng)成為聲學(xué)、振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域的瓶頸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種改進(jìn)的，能實(shí)現(xiàn)140dB動(dòng)態(tài)范圍模數(shù)轉(zhuǎn)換的高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的，一種高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，它包括連接于傳感器信號(hào)輸入的調(diào)理電路，所述調(diào)理電路通過(guò)之后連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連于信號(hào)處理器；所述的調(diào)理電路包括兩路并聯(lián)的、具有不同量程的調(diào)理電路，兩路調(diào)理電路之后各自相接有一 24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由所述兩路模數(shù)轉(zhuǎn)換器同時(shí)對(duì)各自的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并在采樣后將信號(hào)數(shù)據(jù)送至后面相連的信號(hào)處理器。
[0005]所述的調(diào)理電路由放大電路、單端轉(zhuǎn)差分電路及抗混疊濾波電路組成，其中，所述的放大電路將傳感器送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大或縮小，使之與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測(cè)量范圍一致；所述的單端轉(zhuǎn)差分電路將放大電路放大或縮小后的信號(hào)轉(zhuǎn)成差分信號(hào)，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的要求；所述的抗混疊濾波電路將測(cè)量帶寬外的信號(hào)濾除，以防在模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生噪聲混疊。
[0006]所述的兩路調(diào)理電路除量程不同，其余電路完全相同；所述的調(diào)理電路中使用的運(yùn)算放大器選用低噪聲放大器；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為24位ADC，兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)采用相同的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。
[0007]假設(shè)將兩路調(diào)理電路的量程差設(shè)計(jì)成20倍(即放大電路的放大倍數(shù)差為20倍)，則最終理論的動(dòng)態(tài)范圍為201og(223) + 201og(40) ^ 164 dB，實(shí)際的動(dòng)態(tài)范圍為115dB + 201og(40)?141 dB ;本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)合理，使用可靠，能實(shí)現(xiàn)140dB動(dòng)態(tài)范圍模數(shù)轉(zhuǎn)換等特點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)組成框圖。
[0009]圖2是本發(fā)明所述調(diào)理電路的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的介紹:圖1所示，本發(fā)明所述的一種高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，它包括連接于傳感器信號(hào)輸入I的調(diào)理電路2，所述調(diào)理電路2通過(guò)之后連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器3相連于信號(hào)處理器4 ;所述的調(diào)理電路2包括兩路并聯(lián)的、具有不同量程的調(diào)理電路21、22，兩路調(diào)理電路21、22之后各自相接有一 24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器31、32，由所述兩路模數(shù)轉(zhuǎn)換器31、32同時(shí)對(duì)各自的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并在采樣后將信號(hào)數(shù)據(jù)送至后面相連的信號(hào)處理器4。
[0011]圖2所示，本發(fā)明所述的調(diào)理電路21、22由放大電路23、單端轉(zhuǎn)差分電路24及抗混疊濾波電路25組成，其中所述的放大電路為低噪聲的放大電路，選用一運(yùn)算放大器，所述的放大電路23將傳感器送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大或縮小，使之與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的測(cè)量范圍一致；所述的單端轉(zhuǎn)差分電路24將放大電路放大或縮小后的信號(hào)轉(zhuǎn)成差分信號(hào)，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)輸入信號(hào)的要求，它由一個(gè)運(yùn)算放大器和兩個(gè)串聯(lián)的運(yùn)算放大器并聯(lián)而成；所述的抗混疊濾波電路將測(cè)量帶寬外的信號(hào)濾除，以防在模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生噪聲混疊，該抗混疊濾波電路主要由一路RC差分低通濾波電路組成。
[0012]本發(fā)明所述的兩路調(diào)理電路除量程不同，其余電路完全相同；所述的調(diào)理電路中使用的運(yùn)算放大器選用低噪聲放大器；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為24位ADC，兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)采用相同的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。
[0013]實(shí)施例:在實(shí)際的聲學(xué)、振動(dòng)測(cè)量應(yīng)用中，使用調(diào)理電路將傳感器輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，使得該信號(hào)符合模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)輸入信號(hào)的要求。
[0014]本發(fā)明所述調(diào)理電路由放大電路、單端轉(zhuǎn)差分電路及抗混疊濾波電路組成。其中，放大電路將傳感器送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大(或縮小)，使之與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的測(cè)量范圍一致；一般高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入信號(hào)都采樣差分方式，所以單端轉(zhuǎn)差分電路將放大電路放大(或縮小)后的信號(hào)轉(zhuǎn)成差分信號(hào)，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)輸入信號(hào)的要求；抗混疊濾波電路將測(cè)量帶寬外的信號(hào)濾除，以防在模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生噪聲混疊。
[0015]在本發(fā)明中，將傳感器輸入的信號(hào)同時(shí)送入兩路不同量程(即放大電路的放大倍數(shù)不同)的調(diào)理電路中，這兩路信號(hào)調(diào)理后分別送入兩個(gè)24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，這兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器同時(shí)對(duì)各自的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣后各自將數(shù)據(jù)送給后面的信號(hào)處理器。信號(hào)處理器對(duì)收到的兩組采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如果量程小(放大倍數(shù)大)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器送來(lái)的數(shù)據(jù)沒(méi)有超出其量程，則使用量程小的模數(shù)轉(zhuǎn)換器送來(lái)的數(shù)據(jù)作為最終的采樣數(shù)據(jù)；如果量程小的(放大倍數(shù)小)模數(shù)轉(zhuǎn)換器送來(lái)的數(shù)據(jù)超出了其量程，則使用量程大(放大倍數(shù)小)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器送來(lái)的數(shù)據(jù)作為最終的采樣數(shù)據(jù)。
[0016]為了保證兩組采樣數(shù)據(jù)的一致性，本發(fā)明中的兩路調(diào)理電路除了放大倍數(shù)不同(即R2取值不同)外，其它電路完全一樣，使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)也完全一樣。為了保證精度，調(diào)理電路中使用的運(yùn)算放大器全部采樣低噪聲放大器。
[0017]量程I的輸入范圍設(shè)計(jì)成±10V,量程2的輸入范圍設(shè)計(jì)成±500mV。調(diào)理電路中使用的運(yùn)算放大器選擇TI公司的0PA1612芯片，其折合到輸入端的理論噪聲為1.1nV/(Hz172),因此在1kHz帶寬時(shí)，該運(yùn)放的理論噪聲是1.1nV X 100001/2 = llOnV。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AKM公司AK5385B芯片，該芯片為24位雙ADC，包含兩個(gè)相同的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)中需要的兩個(gè)ADC用一個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)，更大程度地保證一致性。信號(hào)處理器采用TI公司的6000系列DSP處理器。最終在1kHz帶寬下，±10V量程時(shí)測(cè)得的通道峰值噪聲約為±10uV ；±500mV量程測(cè)得的通道峰值噪聲約為±500nV。因此，結(jié)合兩種量程的測(cè)量結(jié)果，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)±10V?±luV范圍內(nèi)信號(hào)的精確測(cè)量，其動(dòng)態(tài)范圍為201og(10V/luV) = 140dB。
【權(quán)利要求】
1.一種高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，它包括連接于傳感器信號(hào)輸入的調(diào)理電路，所述調(diào)理電路通過(guò)之后連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連于信號(hào)處理器；其特征在于所述的調(diào)理電路包括兩路并聯(lián)的、具有不同量程的調(diào)理電路，兩路調(diào)理電路之后各自相接有一 24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由所述兩路模數(shù)轉(zhuǎn)換器同時(shí)對(duì)各自的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并在采樣后將信號(hào)數(shù)據(jù)送至后面相連的信號(hào)處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的調(diào)理電路由放大電路、單端轉(zhuǎn)差分電路及抗混疊濾波電路組成，其中，所述的放大電路將傳感器送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大或縮小，使之與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的測(cè)量范圍一致；所述的單端轉(zhuǎn)差分電路將放大電路放大或縮小后的信號(hào)轉(zhuǎn)成差分信號(hào)，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)輸入信號(hào)的要求；所述的抗混疊濾波電路將測(cè)量帶寬外的信號(hào)濾除，以防在模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生噪聲混疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的兩路調(diào)理電路的量程不同，電路均相同；所述的調(diào)理電路中使用的運(yùn)算放大器選用低噪聲放大器；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為24位ADC，兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)采用相同的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】H03M1/12GK104410418SQ201410722022
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】陳軍 申請(qǐng)人:杭州騰振科技有限公司