【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于测量，具体涉及一种高分辨率高精度多斜积分模数转换器及模数转换方法。
技术介绍
1、传统的双斜积分模数转换器（原理框图见图1）工作过程如下：先打开未知被测电压一路开关，通过高精度电阻对积分器进行正向积分（上升阶段），固定积分时间，接着断开未知被测电压一路开关，打开已知基准电压一路开关，通过高精度电阻对积分器反向积分（下降阶段），持续到积分器输出电压为0，比较器输出过0判定结果，通过计时器得到反向积分时间段时长，最后用已知基准电压大小和积分时长计算出被测电压大小。
2、双斜积分模数转换器具有较高精度，但随着技术的发展，双斜积分模数转换器性能已经不能满足需求，它的局限性开始暴露，如下：
3、1：积分器的输出电压受到运放器件轨电压的限制，为避免积分器进入饱和工作状态，被测电压的积分时间受到限制，这制约了模数转换的分辨率。
4、2：用开关器件控制被测电压和电压源通断，而后通过电阻对积分器进行积分充放电，受限于电阻精度，以及开关器件寄生电容和元器件温漂现象的存在，实际积分电流与理想电流vref/r偏差较大，这种控制方式无法精确控制积分器积分充入和放出的电荷量，这制约了模数转换的精度。
5、3：比较器对积分器零点的判断存在迟滞现象，且积分器下降阶段下降斜率越大，比较器由于迟滞现象引起的判断误差越大，这会影响模数转换的精度。
6、4：传统单片机等mcu计算单元处理速度较慢，无法进行长位宽数据的快速计算以及滤波处理，这既影响了模数转换的速度，同时截断误差的存在也影响了最终结
7、因此，在考虑传统双斜积分模数转换电路精度及分辨率受限的情况下，如何提高积分型模数转换的分辨率、精度及转换速度已成为了当前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种高精度高分辨率高速度的积分型模数转换器及转换方法，突破了传统双斜积分模数转换器存在的局限，且具备更高的分辨率、精度和转换速度。
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，包括：四路并联高精度恒流源电路、积分器、积分输出比例放大模块、比较器、积分器归零重置电路、以及fpga；
4、所述四路并联高精度恒流源电路包括：四个电流源和四个开关，四个电流源分别为第一电流源、第二电流源、第三电流源和第四电流源，四个开关分别为第一开关、第二开关、第三开关、和第四开关，四个电流源与四个开关一一对应连接；
5、所述积分器的输出端经积分输出比例放大模块连接比较器的同向输入端；
6、所述比较器的反向输入端接参考电压，输出端连接fpga的输入端；
7、所述积分器归零重置电路的输入端连接fpga的第一输出端，输出端连接积分器，用于根据fpga的第一输出端的输出结果对积分器进行清零处理；
8、所述fpga，其第一输出端分别连接第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和积分器归零重置电路，第二输出端接数码管外设。
9、进一步的，所述积分器归零重置电路包括积分器放电模块、以及与之匹配的第五开关，积分器放电模块的输入端通过第五开关连接fpga的第一输出端，输出端连接积分器。
10、进一步的，所述第一电流源和第三电流源均为正电压转负基准恒流源模块；第二电源流和第四电流源均为正电压转正基准恒流源模块。
11、更进一步的，所述第三电流源的电路结构与第一电流源具有相同的电路结构；第三电流源的电路结构包括两个运算放大器：运算放大器u12和运算放大器u13；九个电阻：电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r63、电阻r72、电阻r64、电阻r73；五个电容：电容c23、电容c32、电容c33、电容c24、电容c4；1个2.5v高精度稳压源；
12、运算放大器u12的反相输入端连接电阻r13的一端和电阻r12的一端，同相输入端连接电阻r15的一端和电阻r16的一端，输出端连接电阻r12另一端和电阻r14的一端；运算放大器u13的同相输入端接电阻r14的另一端和与之匹配的第三开关电路输入，输出端和反相输入端连接电阻r16的另一端；电阻r13另一端接2.5v高精度稳压芯片的第一端；电阻r15的另一端接地；电阻r63的一端连接运算放大器u12的反向输入端，另一端经电容c23接地；电阻r72的一端连接运算放大器u12的正向输入端，另一端经电容c32接地；电阻r64的一端连接运算放大器u13的反向输入端，另一端经电容c24接地；电阻r73的一端连接运算放大器u13的正向输入端，另一端经电容c33接地；电容c4的一端连接电源vcc和2.5v高精度稳压芯片的第二端，另一端接地；2.5v高精度稳压芯片的第三端接地。
13、更进一步的，所述第四电流源的电路结构与第二电流源具有相同的电路结构；第四电流源包括另个运算放大器：运算放大器u9、运算放大器u10；九个电阻：电阻r1、电阻r5、电阻r7、电阻r8、电阻r62、电阻r70、电阻r9、电阻r65、电阻r71；五个电容：电容c3、电容c31、电容c25、电容c30、电容c22；1个1.25v高精度稳压源；
14、运算放大器u9的反相输入端连接电阻r1的一端和电阻r5的一端，同相输入端连接电阻r7的一端和电阻r8的一端，输出端连接电阻r1另一端和电阻r9的一端；运算放大器u10的同相输入端接电阻r9的另一端和与之匹配的后级第四开关电路输入，输出端和反相输入端连接电阻r7的另一端；电阻r8的另一端接1.25v高精度稳压芯片的第一端，电阻r5的另一端接地；电阻r62的一端连接运算放大器u9的反向输入端，另一端经电容c22接地；电阻r70的一端连接运算放大器u9的正向输入端，另一端经电容c30接地；电阻r65的一端连接运算放大器u10的反向输入端，另一端经电容c25接地；电阻r71的一端连接运算放大器u10的正向输入端，另一端经电容c31接地；电容c3的一端连接电源vcc和1.25v高精度稳压芯片的第二端，另一端接地；1.25v高精度稳压芯片的第三端接地。
15、进一步的，所述fpga包括：积分器过零比较结果输入引脚、均值滤波模块、模数转换结果显示驱动模块、多斜积分控制状态机、计数器数据计算处理模块以及开关控制输出引脚；所述积分器过零比较结果输入引脚为fpga的输入端，开关控制输出引脚为fpga的第一输出端，模数转换结果显示驱动模块为fpga的第二输出端；所述积分器过零比较结果输入引脚一方面经多斜积分控制状态机依次连接计数器数据计算处理模块、均值滤波模块、以及模数转换结果显示驱动模块，另一方面连经多斜积分控制状态机接开关控制输出引脚。
16、一种高精度高分辨率多斜积分模数器的模数转换方法，包括：
17、s1、对积分器进行初始化，即积分器清零处理，并使所以开关处于关断状态；
18、s2、通过控制第一开关导通，对被测试电压进行一固定时长的正向积分，经过该固本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于，包括：四路并联高精度恒流源电路、积分器、积分输出比例放大模块、比较器、积分器归零重置电路、以及FPGA；
2.根据权利要求1所述的一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于：所述积分器归零重置电路包括积分器放电模块、以及与之匹配的第五开关，积分器放电模块的输入端通过第五开关连接FPGA的第一输出端，输出端连接积分器。
3.根据权利要求1所述的一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于：所述第一电流源和第三电流源均为正电压转负基准恒流源模块；第二电源流和第四电流源均为正电压转正基准恒流源模块。
4.根据权利要求3所述的一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于，所述第三电流源的电路结构与第一电流源具有相同的电路结构；第三电流源的电路结构包括两个运算放大器：运算放大器U12和运算放大器U13；九个电阻：电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R63、电阻R72、电阻R64、电阻R73；五个电容：电容C23、电容C32、电容C33、电容C24、电容C4；1
5.根据权利要求3所述的一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于，所述第四电流源的电路结构与第二电流源具有相同的电路结构；第四电流源包括另个运算放大器：运算放大器U9、运算放大器U10；九个电阻：电阻R1、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R62、电阻R70、电阻R9、电阻R65、电阻R71；五个电容：电容C3、电容C31、电容C25、电容C30、电容C22；1个1.25V高精度稳压源；
6.根据权利要求2所述的一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于，所述FPGA包括：积分器过零比较结果输入引脚、均值滤波模块、模数转换结果显示驱动模块、多斜积分控制状态机、计数器数据计算处理模块以及开关控制输出引脚；所述积分器过零比较结果输入引脚为FPGA的输入端，开关控制输出引脚为FPGA的第一输出端，模数转换结果显示驱动模块为FPGA的第二输出端；所述积分器过零比较结果输入引脚一方面经多斜积分控制状态机依次连接计数器数据计算处理模块、均值滤波模块、以及模数转换结果显示驱动模块，另一方面连经多斜积分控制状态机接开关控制输出引脚。
7.一种高精度高分辨率多斜积分模数器的模数转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种高精度高分辨率多斜积分模数器的模数转换方法，其特征在于，所述步骤S6采用了如下模数转换关系式进行转换：
...【技术特征摘要】
1.一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于，包括：四路并联高精度恒流源电路、积分器、积分输出比例放大模块、比较器、积分器归零重置电路、以及fpga；
2.根据权利要求1所述的一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于：所述积分器归零重置电路包括积分器放电模块、以及与之匹配的第五开关，积分器放电模块的输入端通过第五开关连接fpga的第一输出端，输出端连接积分器。
3.根据权利要求1所述的一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于：所述第一电流源和第三电流源均为正电压转负基准恒流源模块；第二电源流和第四电流源均为正电压转正基准恒流源模块。
4.根据权利要求3所述的一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于，所述第三电流源的电路结构与第一电流源具有相同的电路结构；第三电流源的电路结构包括两个运算放大器：运算放大器u12和运算放大器u13；九个电阻：电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r63、电阻r72、电阻r64、电阻r73；五个电容：电容c23、电容c32、电容c33、电容c24、电容c4；1个2.5v高精度稳压源；
5.根据权利要求3所述的一种高精度高分辨率多斜积分模数转换器，其特征在于，所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭知南，石洪川，况逸群，李文江，黄瑞，程洪，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。