專利名稱：高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路，尤其是一種可以高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法及電路。
背景技術(shù)：
高精度的數(shù)據(jù)采集在各種工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)、儀器儀表和科學(xué)研究中起著極其重要的作用。有很多人研究了各種各樣的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)例如王立欣等設(shè)計(jì)的發(fā)明專利(基于CPLD和SDRAM的高速大容量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)朇N200410043813.5)和王谷音等設(shè)計(jì)的發(fā)明專利(多通道高速數(shù)據(jù)采集裝置，申請(qǐng)?zhí)朇N89106196.7)，等等，但上述設(shè)計(jì)只能得到設(shè)計(jì)中所采用的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog Digital Convertor，ADC)的精度。
雖然現(xiàn)有的∑-△型模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有較高的精度，可達(dá)24位，但其速度較慢，不能滿足較高速度場(chǎng)合的要求?！?△型模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器不能在保證高精度情況下實(shí)現(xiàn)高速度，其原因在于僅僅采用了一位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以充分利用現(xiàn)有器件實(shí)現(xiàn)高精度、高速度的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，并提供一種采用此種方法的電路。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用過采樣原理，充分利用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的速度，從而實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)采樣。本發(fā)明的高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，包括下列步驟一種高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于包括下列步驟(1)將被轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)與一種偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)疊加并輸入到積分器；(2)將積分器的輸出信號(hào)送到一種n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)；(3)將該數(shù)字信號(hào)同時(shí)輸入到一種n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和微處理器；(4)將所述的n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)反饋到積分器的輸入端；(5)利用所述的微處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行下抽樣濾波處理，獲得比所述的n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器本身精度更高的高精度數(shù)字信號(hào)。
上述的轉(zhuǎn)換方法中，偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)最好為鋸齒波、三角波。偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)可以是由555電路或運(yùn)算放大器生成的模擬信號(hào)，也可以是由微控制器給出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換后得到的模擬信號(hào)。
本發(fā)明同時(shí)提供一種高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路包括偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路，積分器，n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、微處理器，其中，
積分器的輸入端與偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端相以及n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端分別相連，所述積分器的輸出端接到n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端；n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出端分別連接到n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和微處理器；微控制器用以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述的n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行下抽樣濾波處理，獲得比所述的n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器本身精度更高的高精度數(shù)字信號(hào)，并用以控制整個(gè)電路。
同樣地，偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路可以由555電路或運(yùn)算放大器構(gòu)成，也可以由與所述微控制器相連的n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)最好為鋸齒波、三角波。
微控制器是單片機(jī)、或是ARM、或是DSP、或是CPLD、或是FPGA。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果能夠比現(xiàn)有∑-△型A/DC高得多的數(shù)據(jù)輸出速率，而且也可以大大高于電路本身所用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率，或大大高于現(xiàn)有中、高速模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
附圖標(biāo)記101為積分器 102為n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器 103為n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 104為微控制器 105為鋸齒波、三角波或其他偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
如圖1所示，所述積分器101將被測(cè)信號(hào)、n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器102的輸出信號(hào)與鋸齒波、三角波或其他偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路105輸出的鋸齒波、三角波或其他偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)相加后輸出給n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103，n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103將信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)后經(jīng)過微處理器104的處理(下抽樣濾波)就能夠得到高精度的數(shù)字信號(hào)。
所述的積分器101可以采用通常的運(yùn)算放大器來構(gòu)成，如LM347。所述n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103可以采用MAX197，AD6547，AD7678等。所述微控制器108采用89C52等器件，也可以采用將n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103集成在一起的ADuC841、ADuC7026或C8051Fxxx等。所述鋸齒波、二角波或其他偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路105可以由NA555或運(yùn)算放大器構(gòu)成，也可以由n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器102構(gòu)成，如DAC0832等，也可以是集成在微控制器104中的n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器102，如ADuC841中的12位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路105產(chǎn)生的波形最好為鋸齒波、三角波，也可以是正弦波等其他偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)。偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)可以采用運(yùn)算放大器，或555電路產(chǎn)生，也可以是由微控制器給出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器102輸出得到，此時(shí)，偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)與反饋信號(hào)均為數(shù)字信號(hào)，兩者相加后輸入到同一個(gè)n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器102，得到的包含偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)和反饋信號(hào)的模擬信號(hào)，與被轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)疊加輸入到積分器101。
n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路103的分辨率在8位以上，可以是分立的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器件，也可以是集成在微控制器內(nèi)的器件。數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路103的分辨率在8位以上，可以是分立的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器件，也可以是集成在微控制器104內(nèi)的器件。所述的積分器101為1～3階，可以是由分立的運(yùn)算放大器來構(gòu)成，也可以是集成的積分器。
需要說明的是，本發(fā)明屬于一種組合發(fā)明，是一種在技術(shù)應(yīng)用上具有創(chuàng)新性的發(fā)明，其中所涉及的積分器、n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、控制器和鋸齒波、三角波或其他偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路等，都屬于已有技術(shù)并且已有多種形式和應(yīng)用。在此不對(duì)電路的細(xì)部特征再作敘述。
此外，這里以本發(fā)明的實(shí)施例為中心展開了詳細(xì)的說明，所描述的優(yōu)選方式或某些特性的具體體現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)理解為本說明書僅僅是通過給出實(shí)施例的方式來描述本發(fā)明，實(shí)際上在組成、構(gòu)造和使用的某些細(xì)節(jié)上會(huì)有所變化，包括部件的組合和組配，這些變形和應(yīng)用都應(yīng)該屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于包括下列步驟(1)將被轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)與一種偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)疊加并輸入到積分器；(2)將積分器的輸出信號(hào)送到一種n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)；(3)將該數(shù)字信號(hào)同時(shí)輸入到一種n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和微處理器；(4)將所述的n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)反饋到積分器的輸入端；(5)利用所述的微處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行下抽樣濾波處理，獲得比所述的n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器本身精度更高的高精度數(shù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)為鋸齒波、三角波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述的偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)為由555電路或運(yùn)算放大器生成的模擬信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述的偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)為由微控制器給出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換后得到的模擬信號(hào)。
5.一種高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路，積分器，n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、微處理器，其中，積分器的輸入端與偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端以及n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端分別相連，所述積分器的輸出端接到n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端；n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出端連接到微處理器；n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸入端連接到微處理器；微控制器用以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述的n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行下抽樣濾波處理，獲得比所述的n位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器本身精度更高的高精度數(shù)字信號(hào)，并用以控制整個(gè)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述的偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路由555電路或運(yùn)算放大器構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述的偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路由與所述微控制器相連的所述的n位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)為鋸齒波、三角波。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述微控制器是單片機(jī)、或是ARM、或是DSP、或是CPLD、或是FPGA。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換方法及電路。將被測(cè)信號(hào)與一個(gè)鋸齒波、三角波或其他偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)相加并積分，并在鋸齒波、三角波或其他偽隨機(jī)高頻擾動(dòng)信號(hào)的周期內(nèi)高速采樣，之后進(jìn)行下抽樣得到高精度的數(shù)字信號(hào)，檢測(cè)精度大大高于所用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率。
文檔編號(hào)H03M1/20GK101072030SQ20071005741
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者林凌, 李剛 申請(qǐng)人:天津大學(xué)