本發(fā)明涉及電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是一種ADC電路及其采樣方法。

背景技術(shù)：

電子積分器是一種能夠使任意時刻的輸出值等于輸入信號在該時刻以前的所有輸入值的總和的電子設(shè)備，被應(yīng)用于多種場合。在托克馬克實驗中，通常利用磁感應(yīng)原理來測量裝置內(nèi)部的磁場和磁通，因此需要用積分器對磁探針、羅柯線圈和單匝環(huán)輸出的微分信號進行積分，從而進行等離子體的診斷和位形控制。

如圖1所示，傳統(tǒng)ADC電路包括：一個帶輸入切換開關(guān)102的積分器101、一個比較器103、一個計數(shù)器104和一個控制器105。輸入切換開關(guān)102使得所述積分器101的輸入端可以在待采樣信號和參考電壓之間切換，所述積分器101的輸出端與所述比較器103的一個輸入端連接。所述比較器103的另一個輸入端與地連接，輸出端與所述計數(shù)器104連接，所述控制器105用于控制所述切換開關(guān)102。

其工作原理為：將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。

具體的，如圖2所示，法A/D轉(zhuǎn)換的過程分為兩個階段：

第一階段：所述控制器先控制所述切換開關(guān)，使得所述積分器的輸入端接通待采樣信號Vin，所述待采樣信號Vin為模擬信號，所述積分器從零時刻開始進行固定時間T0的正向積分。

第二階段：所述控制器先控制所述切換開關(guān)，使得所述積分器的輸入端接通所述參考電壓Vref，所述參考電壓Vref與待采樣信號Vin極性相反，所述積分器進行反向積分，同時所述計數(shù)器開始計數(shù)，直至所述積分器輸出Vo為0V時停止積分，即所述比較器輸出電壓Vc為0V，計數(shù)器停止計數(shù)，計數(shù)值為 count1，反向積分時間為T1。Vin越大，所述積分器正向積分時的輸出電壓越大，反向積分時間也越長。所述計數(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù)值，就是所述待采樣信號Vin所對應(yīng)的數(shù)字量，這個過程實現(xiàn)了一次A/D轉(zhuǎn)換。完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間是(T0+T1)，其中，T1＝count1*Tclk，Tclk是所述計數(shù)器時鐘周期時間。所述待采樣信號Vin所對應(yīng)的數(shù)字采集信號為count1。在整個A/D轉(zhuǎn)換的過程中，轉(zhuǎn)換速度慢，不能滿足高速采集的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種ADC電路及其采樣方法，以解決A/D轉(zhuǎn)換速度慢的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種ADC電路及其采樣方法，其中，所述ADC電路包括：積分器、控制器、計數(shù)器以及比較器；

所述積分器的輸入端帶有一第一切換開關(guān)，使得其輸入端在待采樣信號與多個參考信號之間切換，其輸出端與所述比較器的第一輸入端連接；

所述比較器的第二輸入端通過一第二切換開關(guān)在至少一個所述參考信號和地端信號之間切換，其輸出端與所述計數(shù)器的輸入端連接；

所述計數(shù)器的輸出端與控制器的輸入端連接；

所述控制器用于控制所述第一切換開關(guān)在所述待采樣信號和多個參考信號之間切換，并控制所述第二切換開關(guān)在至少一個所述參考信號和地端信號之間切換。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路中，所述比較器的第二輸入端連接的參考信號的信號值的絕對值小于所述積分器的輸入端連接的參考信號的信號值的絕對值。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路中，所述參考信號設(shè)置有M個，M為大于1的正整數(shù)，其中信號值的絕對值最大的參考信號設(shè)置為第一參考信號；

所述積分器的輸入端連接所述第一參考信號時，所述比較器的第二輸入端連接第i個參考信號，1＜i≤M；然后所述控制器控制所述第一切換開關(guān)使得所述積分器的輸入端連接所述第i個參考信號，同時控制所述第二切換開關(guān)使得所述比較器的第二輸入端連接第j個參考信號或地端信號，其中，1＜j≤M；

若所述比較器的第二輸入端連接所述第j個參考信號，則控制所述第一切換開關(guān)使得所述積分器的輸入端連接所述第j個參考信號，同時控制所述第二切換開關(guān)調(diào)整所述比較器的第二輸入端所連接的信號，如此重復(fù)直至所述比較器的第二輸入端連接地端信號。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路中，所述第一參考信號的信號值的絕對值是信號值的絕對值最小的參考信號的N倍，N為大于1的正整數(shù)。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路中，所述多個參考信號為負信號，所述待采樣信號為正信號。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路中，所述多個參考信號為正信號，所述待采樣信號為負信號。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路中，所述待采樣信號和參考信號均為電壓信號。

本發(fā)明還提供了一種使用如上所述ADC電路采樣的方法，包括：

對待采樣信號進行積分；

對多個參考信號進行分步積分，計數(shù)器開始計數(shù)，直至比較器的輸出信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)，所述計數(shù)器的計數(shù)即為所述待采樣信號的數(shù)字采集信號。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路采樣方法中，對所述待采樣信號進行積分時，控制器控制第一切換開關(guān)使得積分器輸入端的輸入信號為待采樣信號，比較器的第一輸入端與所述積分器的輸出端連接，所述比較器的第二輸入端與地端連接。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路采樣方法中，對多個參考信號進行分步積分的過程中，所述比較器的第二輸入端連接的參考信號的信號值的絕對值小于所述積分器的輸入端連接的參考信號的信號值的絕對值。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路采樣方法中，對多個參考信號進行分步積分的步驟包括：

所述參考信號設(shè)置有M個，M為大于1的正整數(shù)，其中信號值的絕對值最大的參考信號設(shè)置為第一參考信號；

步驟一：所述積分器的輸入端連接所述第一參考信號時，所述比較器的第二輸入端連接第i個參考信號，1＜i≤M；

步驟二：所述控制器控制所述第一切換開關(guān)使得所述積分器的輸入端連接 所述第i個參考信號，同時控制所述第二切換開關(guān)使得所述比較器的第二輸入端連接第j個參考信號或地端信號，其中，1＜j≤M；

若所述比較器的第二輸入端連接所述第j個參考信號，則重復(fù)上述步驟二，直至所述比較器的第二輸入端連接地端信號。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路采樣方法中，所述第一參考信號的信號值的絕對值是信號值的絕對值最小的參考信號的N倍，N為大于1的正整數(shù)。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路采樣方法中，所述多個參考信號為負信號，所述待采樣信號為正信號。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路采樣方法中，所述多個參考信號為正信號，所述待采樣信號為負信號。

優(yōu)選的，在上述的ADC電路采樣方法中，所述待采樣信號和參考信號均為電壓信號。

在本發(fā)明提供的ADC電路及其采樣方法中，積分器的輸入端帶有一第一切換開關(guān)，使得其輸入端在待采樣信號和多個參考信號之間切換，所述積分器在對所述待采樣信號進行正向積分后，通過對所述多個參考信號進行多步反向積分，提高所述ADC電路的轉(zhuǎn)換速度及采樣精度，提高了采樣信號的真實性。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)ADC電路的示意圖；

圖2為傳統(tǒng)ADC電路A/D轉(zhuǎn)換的原理圖；

圖3為本發(fā)明實施例中ADC電路的示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中ADC電路A/D轉(zhuǎn)換的原理圖；

圖5為本發(fā)明實施例中ADC電路采樣方法的流程圖；

圖中：101-積分器；102-輸入切換開關(guān)；103-比較器；104-計數(shù)器；105-控制器；

201-積分器；202-第一切換開關(guān)；203-比較器；204-計數(shù)器；205-控制器；206-第二切換開關(guān)。

具體實施方式

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據(jù)下列描述和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

本發(fā)明實施例提供了一種ADC電路及其采樣方法，其中，如圖3所示，所述ADC電路包括：積分器201、控制器205、計數(shù)器204以及比較器203。

具體的，所述積分器201的輸入端帶有一第一切換開關(guān)202，使得其輸入端在待采樣信號和多個參考信號之間切換。所述多個參考信號和待采樣信號的極性相反。且所述多個參考信號的信號值的絕對值大小不同，例如，將所述多個參考信號中信號值的絕對值最大的參考信號設(shè)置為第一參考信號Vref_max，信號值的絕對值最小的參考信號設(shè)置為第二參考信號Vref_min，

Vref_max＝N*Vref_min。 (式1)

其中，N>1。

N可以是自然數(shù)，也可以是分數(shù)或小數(shù)，也就是說所述第一參考信號可以是第二參考信號的自然數(shù)倍，也可以不是自然數(shù)倍。

進一步的，所述第一參考信號的絕對值大于傳統(tǒng)ADC中的參考電壓Vref，這樣才能提高所述積分器在反向積分過程中的速度。

所述積分器204的輸出端與所述比較器203的一個輸入端連接，即與所述比較器203的第一輸入端連接，而所述比較器203的另一個輸入端，即第二輸入端，通過一第二切換開關(guān)206在至少一個所述參考信號和地端信號之間切換。

更進一步的，在所述第一切換開關(guān)202在所述多個參考信號之間切換時，所述第二切換開關(guān)206也在至少一個所述參考信號和地端信號之間切換，以保證所述比較器203的第二輸入端的輸入信號小于所述積分器201輸入端的輸入信號，從而實現(xiàn)分步積分。

具體的，所述參考信號設(shè)置有M個，M為大于1的正整數(shù)，其中信號值的絕對值最大的參考信號設(shè)置為第一參考信號。

首先，將所述積分器的輸入端連接所述第一參考信號，所述比較器的第二輸入端連接第i個參考信號，1＜i≤M。然后所述控制器控制所述第一切換開關(guān)使得所述積分器的輸入端連接所述第i個參考信號，同時控制所述第二切換開關(guān) 使得所述比較器的第二輸入端連接第j個參考信號或地端信號，其中，1＜j≤M；第j個參考信號的信號值的絕對值小于所述第i個參考信號的信號值的絕對值。

若所述比較器的第二輸入端連接所述第j個參考信號，則控制所述第一切換開關(guān)使得所述積分器的輸入端連接所述第j個參考信號，同時控制所述第二切換開關(guān)調(diào)整所述比較器的第二輸入端所連接的信號，所述比較器的第二輸入端所連接信號的信號值的絕對值小于所述第j個參考信號的信號值的絕對值，如此重復(fù)直至所述比較器的第二輸入端連接地端信號。

所述比較器203的輸出端與計數(shù)器204連接，所述控制器205用于控制所述第一切換開關(guān)202在所述待采樣信號和多個參考信號之間切換，以及所述計數(shù)器204開始計數(shù)和結(jié)束計數(shù)。所述計數(shù)器204用于在所述積分器201進行反積分過程中計數(shù)。

在本實施例中，以兩個參考信號為例，即第一參考電壓Vref_1和第二參考電壓Vref_2，其中，Vref_1＝N*Vref_2，N>1。且所述第二參考電壓Vref_2與傳統(tǒng)ADC電路中的參考電壓相等，即Vref_2＝Vref，以保證本實施例中ADC電路A/D轉(zhuǎn)換的精度與傳統(tǒng)ADC電路A/D轉(zhuǎn)換精度相同。

如圖5所示，使用如上所述ADC電路進行采樣的方法如下：

S1：對待采樣信號進行積分。

在本實施例中，所述待采樣信號為正電壓信號，所述參考信號為負電壓信號。

所述控制器控制所述第一切換開關(guān)，使得所述積分器的輸入端的輸入信號為所述待采樣信號，同時，所述比較器的第二輸入端與地端連接，所述積分器進行正向積分。

S2：對多個參考信號進行分步積分，計數(shù)器開始計數(shù)，直至比較器的輸出信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)，所述計數(shù)器的計數(shù)即為所述待采樣信號的數(shù)字采集信號。

具體的，所述參考信號設(shè)置有M個，M為大于1的正整數(shù)，其中信號值的絕對值最大的參考信號設(shè)置為第一參考信號。

所述參考信號與待采樣信號的極性相反。即當所述待采樣信號為正信號時，所述參考信號為負信號。當所述待采樣信號為負信號時，所述參考信號為正信號。在本實施例中，所述待采樣信號為正信號，所述參考信號為負信號。且所 述待采樣信號和參考信號均為電壓信號。

在對所述多個參考信號進行分步積分的過程中，所述比較器的第二輸入端連接的參考信號的信號值的絕對值小于所述積分器的輸入端連接的參考信號的信號值的絕對值。

步驟S21：所述積分器的輸入端連接所述第一參考信號時，所述比較器的第二輸入端連接第i個參考信號，1＜i≤M，且i為自然數(shù)。

由于所述第一參考信號的信號值的絕對值是所有參考信號中最大的，因此，所述第i個參考信號的信號值的絕對值小于所述第一參考信號的信號值的絕對值。

積分器進行第一步反向積分，同時計數(shù)器開始計數(shù)，直至所述比較器的輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，所述積分器停止第一步反向積分，所述計數(shù)器停止計數(shù)。然后執(zhí)行下一步。

步驟S22：所述控制器控制所述第一切換開關(guān)使得所述積分器的輸入端連接所述第i個參考信號，同時控制所述第二切換開關(guān)使得所述比較器的第二輸入端連接第j個參考信號或地端信號，其中，i≠j，1＜j≤M，且j為自然數(shù)。

所述第j個參考信號的信號值的絕對值小于所述第i個參考信號的信號值的絕對值。

所述積分器開始又一步反向積分，同時所述計數(shù)器在此開始計數(shù)，直至所述比較器的輸出再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，所述積分器停止該步的反向積分，所述計數(shù)器再次停止計數(shù)。

若此時，所述比較器的第二輸入端連接第j個參考信號，則重復(fù)步驟S22，直至所述比較器的第二輸入端連接地端信號。

當所述比較器的第二輸入端連接地端信號，所述積分器停止該步反向積分時，所述計數(shù)器的計數(shù)即為所述待采樣信號的數(shù)字采集信號。

利用上述的ADC電路進行采樣實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的原理與傳統(tǒng)ADC電路相同，如圖4所示，接上例，A/D轉(zhuǎn)換的過程分為三個階段，具體方法如下：

第一階段：同傳統(tǒng)ADC電路一樣，所述控制器控制所述第一切換開關(guān)，使得所述積分器的輸入端的輸入信號Vs為所述待采樣信號，同時，所述比較器的第二輸入端與地端連接，所述積分器進行正向積分。為了方便的體現(xiàn)出本發(fā)明 的有益效果，本實施例中的所述待采樣信號與傳統(tǒng)ADC電路中的相同，均為Vin，所述積分器進行正向積分的時間也相同，均為T0。

第二階段，所述控制器控制所述第一切換開關(guān)，使得所述積分器的輸入端的輸入信號Vs為第一參考電壓Vref_1，所述比較器的第二輸入端的輸入信號為所述第二參考電壓Vref_2，其中，Vref_1＝N*Vref_2＝N*Vref，N>1。所述第一參考電壓Vref_1和第二參考電壓Vref_2的極性均與所述待采樣信號相反。

所述積分器開始反向積分，同時計數(shù)器開始計數(shù)，直至所述積分器的輸出端的輸出電壓Vo為Vref_2時，即所述比較器的輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，所述積分器停止積分，所述計數(shù)器停止計數(shù)，所述計數(shù)器的計數(shù)為count_1，所述積分器反向積分的時間為t3。

由于，Vref_1＝N*Vref，N>1，根據(jù)積分原理，本實施例中這一階段中，即使得所述積分器的輸出電壓達到Vref_2這一階段中，所述積分器反向積分的時間為傳統(tǒng)ADC電路中的1/N，即圖4中的t3＝(1/N)*t5，N>1，則1/N<1，t3<t5，圖4中也可以看出。

第三階段，所述控制器控制所述第一切換開關(guān)，使得所述積分器輸入端的輸入信號Vs為所述第二參考電壓Vref_2，所述第二參考電壓Vref_2的極性也與所述待采樣信號相反，同時，控制所述第二切換開關(guān)使得所述比較器第二輸入端接地，所述積分器繼續(xù)進行反向積分，同時所述計數(shù)器繼續(xù)開始計數(shù)，直至所述積分器的輸出電壓Vo為0V時，即所述比較器的輸出再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，所述積分器停止積分，所述計數(shù)器停止計數(shù)，所述計數(shù)器的計數(shù)為count_2，所述積分器反向積分的時間為t4。

由于Vref_2＝Vref，因此，在所述積分器的輸出電壓從Vref_2達到0V這一階段中，所述積分器反向積分的時間和傳統(tǒng)ADC電路中的相同，即圖4中的t4＝t6。

至此，本發(fā)明實施例中ADC電路實現(xiàn)一次A/D轉(zhuǎn)換，所述待采樣信號所對應(yīng)的計數(shù)值，即對所述待采樣信號進行A/D轉(zhuǎn)換后與其對應(yīng)的數(shù)字采集信號為：(count_1*N+count_2)。

由于在本實施例中，假定本發(fā)明實施例中ADC電路中的待采樣信號和傳統(tǒng)ADC電路中的一樣，均為Vin，即假定采用這兩種不同的電路對同一待采樣信 號Vin進行A/D轉(zhuǎn)換，且，進一步假定兩種電路中計數(shù)器時鐘周期時間相同，均為Tclk。

對于傳統(tǒng)ADC電路，結(jié)合圖1和圖2，可知：

Vin*T0＝Vref*count1*Tclk。 (式2)

對于本發(fā)明實施例中的ADC電路，結(jié)合圖3和圖4，可知：

Vin*T0＝Vref_1*count_1*Tclk+Vref_2*count_2*Tclk。 (式3)

結(jié)合式2和式3可知：

Vref*count1*Tclk＝Vref_1*count_1*Tclk+Vref_2*count_2*Tclk。 (式4)

其中：Vref_1＝N*Vref_2＝N*Vref。 (式5)

結(jié)合式4和式5可知：

Vref*count1*Tclk＝N*Vref*count_1*Tclk+Vref*count_2*Tclk。

進一步的，count1＝N*count_1+count_2。 (式6)

count1為傳統(tǒng)ADC電路中與所述待采樣信號Vin對應(yīng)的計數(shù)值，(N*count_1+count_2)為本發(fā)明實施例中ADC電路中與所述待采樣信號Vin對應(yīng)的計數(shù)值，顯然，兩個電路對同一待采樣信號Vin的采樣精度相同。

關(guān)于兩個電路的采樣時間，結(jié)合圖4，傳統(tǒng)ADC電路的采樣時間為：

T_1＝T0+T1＝T0+t5+t6。 (式7)

本發(fā)明實施例中ADC電路的采樣時間為：

T_2＝T0+t3+t4。 (式8)

由于t3<t5，t4＝t6，再結(jié)合式7和式8，可以得出：

T_1>T_2。 (式9)

即本發(fā)明實施例中ADC電路的采樣時間要小于傳統(tǒng)ADC電路的采樣時間，在圖4中也可以很明顯的看出。即，在保證采樣精度的前提下，本發(fā)明實施例所提供的ADC電路提高了A/D轉(zhuǎn)換的速度。

進一步的，還可以在保證A/D轉(zhuǎn)換速度的前提下，減小Vref_2，使得|Vref_2|<|Vref|，使得t4>t6，從而使得count1<(N*count_1+count_2)，從而提高A/D轉(zhuǎn)換的精度。

在本發(fā)明的其他實施例中，所述參考信號的個數(shù)還可以設(shè)置為三個、四個或者更多個，從而實現(xiàn)多次分步積分，以提高ADC電路A/D轉(zhuǎn)換的速度。無論 所述參考信號的個數(shù)是多少個，該ADC電路進行A/D轉(zhuǎn)換的原理是相同的，只是A/D轉(zhuǎn)換的具體過程有所不同，例如，當所述參考信號的個數(shù)為三個時，A/D轉(zhuǎn)換的過程要經(jīng)歷四個階段。當所述參考信號的個數(shù)為四個時，A/D轉(zhuǎn)換的過程要經(jīng)歷五個階段等等，在此不再贅述。

綜上，在本發(fā)明實施例提供的ADC電路及其采樣方法中，積分器的輸入端帶有一第一切換開關(guān)，使得其輸入端在待采樣信號和多個參考信號之間切換，所述積分器在對所述待采樣信號進行正向積分后，通過對所述多個參考信號進行多步反向積分，提高所述ADC電路的轉(zhuǎn)換速度及采樣精度，提高了采樣信號的真實性。

上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不對本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。