積分式模-數轉換器的基準電壓自動控制器的製作方法
2023-11-30 18:18:36
專利名稱：積分式模-數轉換器的基準電壓自動控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數字式萬用表的模-數轉換器，更具體地說，涉及一種積分式模-數轉換器的基準電壓自動控制器，這種基準電壓自動控制器能將積分式模-數轉換器的基準電壓自動控制得能減小萬用表因積分式模-數轉換器中密勒積分器放大器的極限誤差所引起的輸出誤差。
在
圖1所示的普通積分式模-數轉換器中，基準電壓切換電路1用以切換基礎電壓VC和基準電壓VREF。輸入電壓切換電路2用以切換輸入電壓VIN、基礎電壓VC和基準電壓VREF。基準電壓切換部分1和輸入電壓切換部分2分別連接到密勒積分器3的運算放大器OP的同相端(+)和倒相端(-)上。
基準電壓切換電路1有兩個開關S1和S4，輸入電壓切換電路2有3個開關S2、S3和S5。
密勒積分器3的輸出端連接到比較電路4，前者包括放大器OP、電阻器R和兩個電容器C1和C2。比較電路4用以將基準電壓切換電路1提供的基準電壓與密勒積分器3的輸出電壓VO進行比較。比較電路4包括比較器COMP1和反饋開關S6。比較電路4的輸出端連接到邏輯電路5，使比較電路4的輸出貯存在邏輯電路5中以便在模-數轉換之後作為數位訊號提供。
在該積分式模-數轉換器中，基準電壓切換電路1中的開關S1和輸入電壓切換電路2中的開關S2同時接通，歷時預定時間T1，如圖2A中所示。也就是說，密勒積分器3的基準電壓(+)是和基礎電壓VC一起加上的，且電阻器R和電容器C1中沒有電流流過。因此，密勒積分器3中放大器OP的輸出電壓VO與基礎電壓VC相等。
密勒積分器3的輸出電壓VO系加到比較電路4中比較器COMP1的同相端(+)上，並與加到比較器COMP1的倒相端(-)上的基礎電壓VC進行比較。比較部分4提供基礎電壓VC，這時比較電路4中的反饋開關S6接通，從而使比較部分4提供的基礎電壓VC存儲在邏輯電路部分5中。
另一方面，基準電壓切換部分1中的開關S1和輸入電壓切換電路2中的開關S3同時接通曆時預定的時間T2。於是基準電壓切換電路1的輸出基礎電壓VC就這樣保持不變，輸入電壓切換電路2的輸出則變為輸入電壓VIN。這樣，電阻器R和電容器C1中就有電流通過，且密勒積分器3的輸出電壓VO可用時間的線性函數表示，如圖2B中所示。即VO=-VINRC1t(T1tT2)]]>輸出電壓VO的最終值變為VC-VIN.T2RC1]]>密勒積分器3的輸出電壓VO與比較電路4中的基礎電壓VC進行比較，於是比較器COMP1的輸出處於低電平狀態，如圖2C(A)所示。比較電路4的低電平輸出貯存在邏輯電路5中。
圖2C(B)示出了輸入電壓VIN的電壓值是小於基礎電壓VC的負值時密勒積分器3的輸出電壓VO。在圖2B(B)中，輸出電壓VO以如下的線性函數表示VO=VINRC1t(T1tT2)]]>其中最大值為(VIN/RC1)T2。密勒積分器3的輸出電壓VO系加到比較電路4上，且以高電平狀態提供，如圖2C(B)所示。
另一方面，基準電壓切換電路1中的開關S4與輸入電壓切換電路2中的開關S2同時接通，歷時預定時間T3，如圖2A中所示。也就是說，密勒積分器3的基準電壓成為基礎電壓VC與基準電壓VREF的和，同時輸入電壓VIN為基礎電壓VC。
圖2B(A)示出了密勒積分器3輸出電壓VO的線性時間函數，其中VO=VREF+1RC1(VREF)t(T2tT3)]]>同樣，密勒積分器3的輸出與比較電路4中的參考電壓進行比較，然後供到邏輯電路5中存儲起來，從而使比較電路5提供數字輸出。
相反，若在歷時預定時間T3中接通的是基準電壓切換電路1中的開關S1和輸入電壓切換電路2中的開關S5，而不是開關S2和S4，密勒積分器3上供有輸入電壓VREF+VC。於是密勒積分器3的輸出電壓VO可表示如下VO=VC-VREFRC1t(T2tT3)]]>此外，密勒積分器3的輸出電壓VO也加到比較部分4上，以便與基準電壓Vt進行比較，並以高電平狀態提供。
圖2B示出了所有的預定時間T1-T3。數字輸出信號是通過重複上述步驟提供的。但這裡有這樣一個問題，即數字輸出信號由於密勒積分器3中放大器OP的極限誤差而不能精確地與輸入電壓VIN一致。為解決這個問題，必須相應地手動控制基準電壓VREF。
本發明的目的將提供積分式模-數轉換器的一種能根據輸入電壓自動控制基準電壓切換電路的基準電壓的基準電壓自動控制器。
按照本發明所提供的積分式模-數轉換器的基準電壓自動控制器包括一基準電壓切換電路、一輸入電壓切換電路、一密勒積分器、一比較電路、一邏輯電路、和一基準電壓自動控制裝置，用以通過自動控制所述基準電壓切換電路的基準電壓來減小積分式模-數轉換器因密勒積分器中放大器的極限誤差所引起的輸出誤差。
從下面結合附圖對最佳實施例所作的說明可以更清楚地了解本發明的上述和其它目的、特點和優點。附圖中圖1是普通積分式模-數轉換器的詳細電路圖；圖2A是普通積分式模-數轉換器的輸入波形；圖2B是圖1中所示的密勒積分器的輸出波形；圖3是本發明積分式模-數轉換器的基準電壓自動控制器的詳細電路圖；圖4是圖3所示的控制電路的詳細電路圖；圖5則是圖3所示的分壓器的詳細電路圖。
現在參照附圖更詳細地說明本發明的內容。
圖3示出了本發明積分式模-數轉換器的基準電壓自動控制器。圖3中，積分式模-數轉換器100包括基準電壓切換電路1、輸入電壓切換電路2、密勒積分器3、比較電路4和邏輯電路5。
基準電壓自動控制裝置200包括模-數轉換器7、比較電路8、控制電路9和基準電壓設定電路10。比較電路8包括分壓器8-1和比較器COMP2。控制電路9包括一「與非」門、一遞增/遞減計數器9-1、一二進位計數器9-2、一邊緣檢測器和鎖存器9-3和一「與門」。基準電壓設定電路包括一恆壓源10-1和一多路轉換器10-2。
更詳細地說，基準電壓切換電路1是用以將基礎電壓VC與基準電源VREF相互轉換，並連接得密勒積分器3中放大器OP的同相端(+)上。輸入電壓切換電路連接到放大器OP的倒相端，並從輸入電壓VIN、基準電壓VREF和基礎電壓VC選擇其輸入電壓。
基準電壓切換電路1包括兩個開關S1和S4，輸入電壓基準電路2包括3個開關S2、S3和S5。密勒積分器3包括放大器OP、電阻器R和兩個電容器C1和C2。其次，比較電路4是用來將密勒積分器3的輸出電壓VO與基準電壓切換電路1提供的基準電壓進行比較，並連接到密勒積分器3的輸出端。此比較電路4包括比較器COMP1和反饋開關S6。此外，比較電路4還連接有邏輯電路5，以便存儲來自比較電路4的輸出信號，並將其作為數位訊號提供。另外，邏輯電路5的輸出端還連接有一n位模-數轉換器，用以將從m位數位訊號中選擇n位數位訊號，將其轉換成模擬信號。
另一方面，密勒積分器3的同相端(+)上連接有開關S1，S3，S4和S5，用以在基準電壓VREF被作為密勒積分器3的基準電壓自動加以控制時提供基準電源VREF。分壓器8-1也連接到同相端(+)上，用以在開關SW2接通時對輸入的基準電源VREF進行分壓。
此外，模-數轉換器7的輸出端也與比較電路8的比較部分8-2連接起來，以便將模-數轉換器7的輸出電壓與加到積分式模-數轉換器100中基準電壓切換電路1上的基準電壓進行比較。
比較部分8-2連接到分壓器8-1的輸出端且包括一比較器COMP2。比較器COMP2與控制電路9和「與非」門連接，該「與非門」則由用於自動控制基準電壓VREF的自動控制驅動信號和積分式模-數轉換器100中邏輯電路5的輸出信號T1所驅動。「與非」門的輸出端與遞增/遞減計數器9-1連接，計數器9-1根據「與非」門的輸出信號和比較部分8-2中比較器COMP2的輸出信號Vstat遞增或遞減計數。
此外，二進位計數器9-2還與「與非」門和比較器COMP2的輸出端相連接。其次，二進位計數器9-2上還連接有一邊緣檢測器和鎖存器9-3，用以在延時之後提供二進位計數器9-2的輸出信號。也就是說，邊緣檢查器和鎖存器9-3的輸出在基準電壓VREF受到自動控制期間處於高電平狀態，當基準電源VREF的自動控制完畢之後，該輸出處於低電平狀態。
邊緣檢測器和鎖存器9-3的輸出信號以及控制基準電源VREF的自動控制驅動信號分別加到「與」門的兩個輸入端上。若「與」門的輸出信號TI處於高電平狀態，則基準電源VREF加到密勒積分器3中放大器OP的倒相端(-)上，歷時預定時間T2，如圖2所示，若「與」門的輸出信號TI處於低電平狀態，則輸入電壓VIN加到放大器OP的倒相端(-)上，使放大器OP進入正常狀態。
另一方面，多路轉換器10-2介在提供N個基準電壓的恆壓源10-1與控制電路9中的遞增/遞減計數器9-1之間，從而選取n個基準電壓的其中一個作為基準電壓VREF。基準電壓設定電路10包括恆壓源10-1和多路轉換器10-2。
來自基準電壓設定電路10中多路轉換器10-2的基準電壓VREF加到基準電壓切換電路1中的開關S4和輸入電壓切換電路2中的開關S5上。若控制電路9的輸出信號TI處於高電平狀態，則開關SW2接通，從而使基準電壓VREF加到密勒積分器3上，歷時預定時間T2，如圖2所示。
此外，開關SW3介於輸入電壓切換電路2的開關S3與輸入電壓VIN的輸入端子之間，用以根據控制電路9的輸出信號TI將輸入電壓VIN加到密勒積分器3的倒相端(-)上，歷時預定時間T2。
在本發明中，若邏輯電路5提供數位訊號，則驅使基準電壓自動控制裝置200自動控制基準電壓VREF。於是就把加到控制電路9的自動控制驅動信號設定到高電平狀態。
這時，控制電路9的初始設定信號就加到多路轉換器10-2上，初始基準電壓VREF1就加到積分式模-數轉換器100上。這時控制電路9中「與非」門的輸出就處於低電平狀態，並加到二進位計數器9-2的時鐘端CLK上。於是對二進位計數器9-2的驅動就停下來，同時邊緣檢測器和鎖存器9-3的輸出端轉入低電平狀態。
這時控制電路中「與」門的輸出端就置於高電平狀態，從而使連接到多路轉換器10-2輸出端的開關SW1和連接到開關SW1的開關SW2接通。這時開關SW3斷開，從而使輸入電壓VIN不加到密勒積分器3的輸入端子上，歷時如圖2所示的預定時間T2。於是初始基準電壓VREF1加到積分式模-數轉換器100中密勒積分器3的輸入端上，歷時時間T2。
另一方面，初始基準電壓VREF1加到連接到開關SW2一端的分壓器8-1，然後來自分壓器8-1的輸出VREF「加到比較器COMP1上，其中分壓器8-1的輸出電壓VREF」由邏輯電路5的數值輸出值與所選取的輸出值的比較確定如下VREF=VREF1(nm)]]>此外，加到密勒積分器3的初始基準電壓VREF1也作為數位訊號通過積分式模-數轉換器100中的邏輯電路5提供。該數位訊號由n位模-數轉換器7轉換成模擬信號VREF′。
比較器COMP2將模-數轉換器7的模擬電壓VREF′與分壓器8-1的輸出電壓進行比較，這時比較部分8-2的輸出信號Vstat加到遞增/遞減計數器9-1上，從而使計數器9-1根據比較電路8的輸出信號Vstat遞增或遞減計數。
因此，若輸出信號VREF′大於模-數轉換器7的輸出信號VREF′，則比較部分8-2的輸出信號Vstat處於高電平狀態，而且遞增/遞減計數器9-1遞減計數，因為初始基準電壓VREF1被視為非常大。
但若模-數轉換器7的輸出信號VREF′小於分壓器8-1的輸出信號VREF′，則比較部分8-2的輸出信號Vstat處於低電平狀態，而且遞增/遞減計數器9-1遞增計數，因為初始基準電壓VREF1被視為非常小。
於是，控制電路9的輸出信號就加到基準電壓設定電路10中的多路轉換器10-2上，由此，再次選取恆壓源10-1的n個基準電壓中的一個。此選取的基準電壓加到積分式模-數轉換器中的基準電壓切換電路1上。重複這些步驟，直到分壓部分8-1的輸出電壓VREF′與模-數轉換器7的輸出電壓VREF′一致為止。
也就是說，若遞增/遞減計數器9-1遞減計數，從而使基準電壓設定電路10的基準輸出電壓下降，使分壓器8-1的輸出電壓VREF′小於模-數轉換器7的輸出電壓VREF′，則比較電路8中比較器COMP2的輸出Vstat轉入低電平狀態，同時控制電路9中的遞增/遞減計數器9-1進入鎖定狀態。
同樣，若遞增/遞減計數器遞增計數器，從而使分壓器8-1的輸出電壓VREF′大於輸出電壓VREF′，則比較器COMP2的輸出信號Vstat轉入高電平狀態，同時遞增/遞減計數器9-2也進入鎖定狀態，這時多路轉換器10-2的控制信號不變。此外，基準電壓設定電路10的基準輸出電壓VREF不變。基準電壓VREF被轉換成數位訊號，並加到積分式模-數轉換器上。
積分式模-數轉換器100的數字輸出在模-數轉換器7進行模-數轉換之後加到比較電路8中的比較器COMP2上。若比較器COMP2的輸出信號Vstat是可調的，則重置基準電壓VREF，但若是固定不變的，則控制電路中邊緣檢測器和鎖存器9-3的輸出信號轉入高電平狀態，且「與」門處於低電平狀態，從而使開關SW1和SW2斷開。
另一方面，經由連接到「與」門的輸出端的倒相器INV提供的倒相信號TI使開關SW3接通。於是，輸入電壓VIN經由開關SW3加到積分式模-數轉換器100上，從而使模-數轉換器100正常工作。
如上所述，本發明能通過自動控制基準電壓減少數字輸出信號因積分式模-數轉換器的極限誤差而引起的誤差。此外，只要把基準電壓自動控制裝置連接到普通積分式模-數轉換器的輸出級，本發明就可以廣泛應用於普通的模-數轉換器上。
本發明決不受上述實施例的限制。本領域的技術人員都知道，參照本發明的說明書是可以對本發明所公開的實施例和其它實施例進行種種修改的。因此，可以認為，本發明說明書所附的權利要求書包括任何這類修改或實施方案，因為它們都屬於本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種積分式模-數轉換器的基準電壓自動控制器，包括一基準電壓切換電路、一輸入電壓切換電路-用以將固定的基礎電壓與可調的基準電壓相互切換、一密勒積分器、一比較電路和一邏輯電路；其特徵在於，對該基準電壓自動控制器進行了下列改進一基準電壓自動控制裝置，用以通過自動控制所述基準電壓切換電路的基準電壓減少所述積分式模-數轉換器因所述密勒積分器中放大器的極限誤差引起的輸出誤差。
2.根據權利要求1的基準電壓自動控制器，其特徵在於，所述基準電壓自動控制裝置包括一數-模轉換器，用以把所述積分式模-數轉換器的數字輸出信號轉換成模擬信號；一比較電路，用以將所述數-模轉換器的輸出與加到所述基準電壓切換電路的基準電壓進行比較；一基準電壓設定電路，用以提供各種基準電壓；一控制電路，用以由所述比較電路的輸出信號控制基準電壓設定電路的基準電壓；一開關，用以切斷連接到基準電壓設定電路的輸出端和積分式模-數轉換器100的輸入端的輸入電壓，從而在基準電壓自動控制過程中切斷來自所述積分式模-數轉換器的輸入電壓；和一個使積分式模-數轉換器正常工作的開關，該開關將所述輸入電壓在基準電壓自動控制之後加到所述積分式模-數轉換器上。
3.根據權利要求2所述的基準電壓自動控制器，其特徵在於，所述比較電路包括一開關，響應於切斷輸入電壓用的所述開關的接通而被接通；一分壓器；連接到所述開關的輸出端上，使積分式模-數轉換器正常工作，從而對加到所述積分式模-數轉換器，的所述基準電壓進行分壓，以及一比較器，用以將所述數-模轉換器的輸出與所述分壓器的輸出進行比較。
4.根據權利要求2所述的基準電壓自動控制器，其特徵在於，所述控制電路包括一「與非」門，由所述積分式模-數轉換器中所述邏輯電路提供的計時信號和自動控制驅動信號來驅動；一遞增/遞減計數器，用以根據所述比較電路的輸出給所述基準電壓設定電路提供控制信號；一二進位計數器，連接到所述「與非」門的輸出端，用以對所述「與非」門的輸出進行計數；一邊緣檢測器和鎖存器，用以在基準電壓自動控制期間提供高電平信號，而為所述積分式模-數轉換器的正常工作提供低電平信號；和一「與」門，連接到所述邊緣檢測器和鎖存器以及所述比較電路上。
5.根據權利要求2所述的基準電壓自動控制器，其特徵在於，所述基準電壓設定電路包括一恆壓源，用以提供多個參考電壓；和一多路轉換器，用以根據所述控制電路的輸出從所述恆壓源選取所述基準電壓的其中一個。
6.根據權利要求2所述的基準電壓自動控制器，其特徵在於，用微計算機代替所述模-數轉換器，所述比較電路和所述控制電路。
全文摘要
一種積分式模-數轉換器的基準電壓自動控制器，包括一基準電壓切換電路、一輸入電壓切換電路、一密勒積分器、一比較電路、一邏輯電路和一基準電壓自動控制裝置，用以減少積分式模-數轉換器的輸出誤差。按照本發明，數字輸出信號因積分式模-數轉換器的極限誤差而引起的誤差可通過基準電壓的自動控制而減小。
文檔編號H03M1/10GK1053718SQ9010894
公開日1991年8月7日 申請日期1990年11月3日 優先權日1990年1月25日
發明者方三龍 申請人:三星電子株式會社