基于数字脉宽调制的积分型模数转换器及模数转换方法技术

本发明专利技术属于模数转换领域，具体涉及一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换器及模数转换方法。所述模数转换器包括数字脉宽调制模块、滤波器、比较器和逻辑运算模块等外围电路。所述模数转换方法包括：首先，通过数字脉宽调制模块产生脉宽信号；其次，通过滤波器对所述脉宽信号进行滤波；再次，通过比较器对经过滤波后的信号与被检测信号进行比较、处理后经比较器发出信号；最后，通过逻辑运算模块对所述比较器发出的信号进行拾取、分析，得到被检测信号相关信息。本发明专利技术采用数字脉宽调制原理实现的，其发出信号占空比与被测量有确定的对应关系，避免了高精度模数转换器模拟电路设计的复杂性，采用快速搜索算法后可使转换速率提高，且同时具备通讯和显示二者并存的功能。

【技术实现步骤摘要】
技.术领域本专利技术属于模数转换领域,具体涉及一种基于数字脉宽调制的积分型 模数转换器及模数转换方法。
技术介绍
模数转换是将模拟输入信号转换为N位二进制数字输出信号的技术。 采用数字信号处理能够方便实现各种先进的自适应算法，完成模拟电路无 法实现的功能，因此，越来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。 与之相应的是，作为模拟系统和数字系统之间桥梁的模数转换的应用日趋 广泛。目前市场上应用较多的模数转换器主要有积分型模数转换器和￡ - A转换器。积分型模数转换器又称双斜率或多斜率数据转换器，是应用最为广泛 的转换器类型。典型的是双斜率转换器。双斜率转换器包括两个主要部分 一部分电路采样并量化输入电压，产生一个时域间隔或脉宽序列，再由一 个计数器将其转换为数字量输出。斜率转换器由带有输入切换开关的模拟 积分器、比较器和计数单元构成。积分器对输入电压在固定的时间间隔内 积分，该时间间隔通常对应于内部计数单元的最大地数。时间到达后将计 数器复位并将积分器输入连接到反板性(负)参考电压。在这个反极性信 号作用下，积分器被"反向积分"直到输出回到零，并使计数器终止，积 分器复位。积分型模数转换器的精度可以做得很高，并且抑制高频噪声和 固定的低频干扰(如50Hz或60Hz)的能力，但积分型模数转换器的采样 速度和带宽都非常低。A转换器又称为过采样转换器。这种转换器由！>A调制器及连接 及其后的数字滤波器构成，调制器的结构近似于双斜率模数转换器，包括 积分器和比较器，以及含有l个l位数模转换器的反馈环。这个内置的数 模转换器仅仅是一个开关，它将积分器输入切换到一个正或负参考电压。 ￡ - △模数转换器还包括一个时钟单元，为调制和数字滤波器提供适当的定 时。窄带信号送入i:-A模数转换器后被以非常低的分辨率(l位)进行量 化，但采样频率却非常高。经过数字滤波处理后，这种过采样被降低到一 个比较低的采样率；同时模数转换器的分辨率(即动态范围)被提高到16位或更高。A转换器采样速率较低，且限于比较窄的输入带宽。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的积分型模数转换器和E _ △转换器采样 速率较低，只限于比较窄的输入带宽范围内使用，而且现有模数转换器的 原理对相关模拟器件的性能及参数要求较高，结构复杂，不便于集成等技 术问题，本专利技术提供了 一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换器。 为了解决现有技术问题本专利技术还提供了 一种模数转换方法。 本专利技术解决现有技术中存在的第 一 个技术问题所采用的技术方案为， 提供一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换器，所述基于数字脉宽调制的积分型模数转换器包括:用于发出脉宽信号的数字脉宽调制模块；用于对 脉宽信号进行滤波的滤波器；用于对经过所述滤波器滤波后的信号与被检 测信号进行比较分析、处理的比较器和用于对所述比较器发出的信号进行 拾取、分析的逻辑运算模块；其中，所述数字脉宽调制模块与所述滤波器 连通；所述滤波器与所述比较器连通；所述比较器与所述逻辑运算模块连 通；所述逻辑运算模块又与所述数字脉宽调制模块连通。根据本专利技术的一优选实施例所述模数转换器包括显示模块，所述显 示模块与所述逻辑运算模块连接。根据本.专利技术的 一优选实施例所述模数转换器包括通讯模块。根据本专利技术的一优选实施例所述通讯模块与外部通讯设备为有线连 接或无线连接。根据本专利技术的 一优选实施例所述滤波器为低通滤波器。根据本专利技术的一优选实施例所述模数转换器可采用单电源供电。 本专利技术解决现有技术中存在的第二个技术问题所采用的技术方案为，提供一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换方法，其特征在于:所述 模数转换方法包括步骤:第一、通过数字脉宽(脉宽)调制模块产生脉宽信号; 第二、通过滤波器对所迷脉宽信号进行滤波;第三、通过比较器对经过滤波 后的信号与被检测信号进行比较、处理后经比较器发出信号;第四、通过逻 辑运算模块对所述比较器发出的信号进行拾取、分析,得到被检测信号相关 信息。根据本专利技术的一优选实施例所述第一步中所述脉宽信号为占空比可 调的脉宽信号，调节过程通过所述逻辑运算模块进行。根据本专利技术的一优选实施例所述第二步中所述滤波器为低通滤波器。 根据本专利技术的一优选实施例所述第三步中所述比较、处理方法为 将经过滤波后的信号的幅值与被检测信号的幅值进行比较，当所述经过滤 波后的信号幅值大于所述被检测信号的幅值时，由比较器输出产生正向跃 变的信号。本专利技术釆用数字脉宽调制原理实现的，设计合理、结构简单、其发出 信号占空比与被测量有确定的对应关系，避免了高精度模数转换器模拟电 路设计的复杂性，便于集成芯片设计，可用于芯片的制造，且成本较低， 也便于单片机和可编程门阵列等的实现，可为集成和相关IC设计提供有益 的方法。该方法可^使用单电源供电，亦可方^f更地抑制50HZ、 60HZ等工频干 扰，采用快速搜索算法后可使转换速率提高，且同时具备通讯和显示二者 并存的功能。可适用于更广泛的应用场合。 附图说明图1 .本专利技术基于数字脉宽调制的积分型模数转换器模块结构示意图； 图2.本专利技术基于数字脉宽调制的积分型模数转换方法流程图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进 一 步说明请参阅图1本专利技术基于数字脉宽调制的积分型模数转换器模块结构示 意图，如图l所示，所述基于数字脉宽调制的积分型模数转换器包括:用于 发出脉宽信号的数字脉宽调制模块101;用于对脉宽信号进行滤波的滤波 器102;用于对经过所述滤波器102滤波后的信号与被;险测信号104进行 比较分析、处理的比较器103和用于对所述比较器103发出的信号进行拾 取、分析的逻辑运算模块105;其中，所述数字脉宽调制模块101与所述 滤波器102连通；所述滤波器102与所述比较器103连通；所述比较器103 与所述逻辑运算模块105连通；所述逻辑运算模块105又与所述数字脉宽 调制模块101连通。所述模数转换器包括显示模块107,所述显示模块107与所述逻辑运 算模块105连接。所述模数转换器包括通讯模块106。该通讯模块106与 外部通讯设备为有线连接或无线连接，可以进行有线或无线通讯，请参阅图2本专利技术基于数字脉宽调制的积分型模数转换方法流程图， 如图2所示，所述模数转换方法包括步骤:第一、通过数字脉宽调制模块101产生脉宽信号;第二、通过滤波器102对所述脉宽信号进行滤波;第三、 通过比较器103对经过滤波后的信号与被检测信号104进行比较、处理后 经比较器103发出信号;第四、通过逻辑运算模块105对所述比较器103发 出的信号进行拾取、分析,得到被检测信号104相关信息。其中,所述第一步中所述脉宽信号为占空比可调的脉宽信号，调节过程 通过所述逻辑运算^^莫块105进行;所述第二步中所述滤波器102为低通滤波 器102;所述第三步中所述比较、处理方法为将经过滤波后的信号的幅值 与被检测信号104的幅值进行比较，当所述经过滤波后的信号幅值大于所 述被检测信号104的幅值时，由比较器103输出产生正向跃变的信号。所述基于数字脉宽调制的积分型模数转换方法具体为通过数字脉宽 调制模块101产生占空比可调的数字脉宽信号，其高电平幅值为VR,低电 平为地，占空比为D,周期为T。由逻辑运算模块10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字脉宽调制的积分型模数转换器，其特征在于：所述基于数字脉宽调制的积分型模数转换器包括：　用于发出脉宽信号的数字脉宽调制模块（１０１）；　用于对脉宽信号进行滤波的滤波器（１０２）；　用于对经过所述滤波器（１０２）滤 波后的信号与被检测信号（１０４）进行比较分析、处理的比较器（１０３）和用于对所述比较器（１０３）发出的信号进行拾取、分析的逻辑运算模块（１０５）；　其中，所述数字脉宽调制模块（１０１）与所述滤波器（１０２）连通；所述滤波器（１０２）与 所述比较器（１０３）连通；所述比较器（１０３）与所述逻辑运算模块（１０５）连通；所述逻辑运算模块（１０５）又与所述数字脉宽调制模块（１０１）连通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍志云，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]