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专利名称:两次采样模拟数字转换器的制作方法
本实用新型属于A/D转换测量仪表,用于电压测量。目前国内外广泛采用的两次采样模拟数字转换技术是利用低精度模拟数字转换器来实现高精度模拟数字转换的技术,它的核心是一个高精度的数字模拟转换器。日本武田理研生产的TR-6567型数字电压表,采用了电阻网络数字模拟转换器,它的转换精度和线性度完全由精密电阻的精度及开关三极管的特性决定,虽然精度很高,但在成批生产中难以保证一致性,可靠性差。英国SELab公司的SM215型数字电压表采用了电感分压器,精度及线性度在成批生产中较前者易于保证一致性,但对磁性材料要求很高,难度较大。这两种数字模拟转换器都不易集成化、体积大、成本高,严重的影响了仪表的可靠性,因而近年来两次采样模拟数字转换的技术发展缓慢。
本实用新型的目的是针对上述的问题,设计制造出一种成本低、集成度高、体积小,适于批量生产的两次采样模拟数字转换器。
本实用新型是一种采用可编程计时器(ProgrammableTimer)来实现两次采样模拟数字转换的技术,如图1所示。该转换器由开关K1和K2、低精度模数转换器〔1〕、可编程计时器〔2〕、缓冲器〔3〕、电平变换器〔4〕、模拟减法器〔5〕、触发器〔
6〕、微处理机〔7〕、滤波器〔8〕、场效应管模拟开关〔9〕组成。其特征在于采用微处理机控制的可编程计时器,以实现精密脉冲调宽数模转换,其工作原理如同图2所示。可编程计时器内部的计数器Ⅰ〔10〕选在周期波形模式,微处理机将数字量N1送入计数器Ⅰ〔10〕后,计数器Ⅰ〔10〕将输出周期为N1Tc的周期方波(Tc为时钟信号的周期),计数器Ⅰ〔10〕的输出直接送往计数器Ⅱ〔11〕的门控端G,作为计数器Ⅱ〔11〕的触发脉冲,计数器Ⅱ〔11〕选在硬件触发单稳模式。事先微处理机将脉冲宽度值N2送入计数器Ⅱ〔11〕中。当每次接到门控端输入的触发信号时,计数器Ⅱ〔11〕立即输出一个脉冲宽度为N2Tc的脉冲。因此,当计数器Ⅱ〔11〕的门控端接收到来自计数器Ⅰ〔10〕的连续触发时,它的输出端将输出一串宽度调制的周期方波,其周期为N1Tc(N1为常数),脉冲宽度为N2Tc,其中N2为一变量,如图3所示,若该方波工作于零和Vref两个电平之间,则它的平均值将等于N2Vref/N1,显然该平均值与N2成正比。
本实用新型的工作原理参照图1简述如下低精度模数转换器〔1〕在第一次采样时经开关K1接通被转换电压V,转换时引入了误差△Vx得到数字量D1。D1被送往微处理机中,由于V是双极性的,因此微处理机将对D1进行预处理,得到数字量D2=D0+αD1,其中D0为一适当之偏移值,α为一适当之系数。微处理机将D2送入可编程计时器〔2〕后,可编程计时器〔
2〕即可输出调宽脉冲。触发器〔6〕完成电平变换以驱动场效应管模拟开关〔9〕。两个场效应管开关反相工作,分别接通高精度基准电压Vref和零电压,从而在开关管的输出端A得到高度为Vref,宽度由D2确定的调宽脉冲波形。经滤波后得到与D2成正比的直流模拟电压。缓冲器〔3〕进行阻抗变换。电平变换器〔4〕则进行电平偏移及比例运算。它的输出电压与D1成正比。电平变换器的输出电压和被转换的电压V同时输往模拟减法器〔5〕进行相减运算,在模拟减法器〔5〕的输出端得到与第一次测量时产生的误差电压△Vx成正比的电压Ver=β△Vx,β值的大小可由低精度模数转换器〔1〕的测量灵敏度和总体测量的灵敏度决定,这时开关K2接通,K1断开,低精度模数,转换器〔1〕再次测量Ver的值,得到数字量D3,并送往微处理机〔7〕。微处理机〔7〕将根据D1和D3算出模数转换的结果D=D1+D3/β。
本实用新型与已有技术相比具有如下优点
1、将电阻网络、电感分压器数字模拟转换器改用可编程计时器,可降低成本80%;2、集成度高、缩小体积,全部电路可装在一块10cm×10cm的印制板上;3、可靠性显著提高;4、使用可编程计时器,一致性好,便于批量生产。
图面说明图1、两次采样模拟数字转换器原理图1、低精度模数转换器2、可编程计时器3、缓冲器4、电平变换器5、模拟减法器
6、触发器7、微处理机8、滤波器9、场效应管模拟开关图2、脉冲调宽工作原理图7、微处理机10、计数器Ⅰ11、计数器Ⅱ图3、脉冲调宽波形图图4、线路图
权利要求
,由开关K1和K2、低精度模数转换器[1]、可编程计时器[2]、缓冲器[3]、电平变换器[4]、模拟减法器[5]、触发器[6]、微处理机[7]、滤波器[8]、场效应管模拟开关[9]组成。其特征在于采用微处理机控制可编程计时器。
1所述的两次采样模拟数字转换器,其特征在于所说的微处理机控制的可编程计时器,由微处理机〔7〕、可编程计时器〔2〕组成。
1所述的两次采样模拟数字转换器,其特征在于所说的可编程计时器〔2〕,由计数器Ⅰ〔10〕、计数器Ⅱ〔11〕组成。
专利摘要
两次采样模拟数字转换器属于精密测量仪表。本实用新型是在已有技术基础上,利用微处理机控制的可编程计时器,实现高精度脉冲调宽数模转换。集成度高,从而缩小了两次采样模拟数字转换器的体积。成本低、可靠性显著提高,可用于生产高精度数字电压表。