[发明专利]一种积分型模数转换器及其模数转换方法

权利要求书

1.一种积分型模数转换器，包括积分器和过零比较器，所述积分器输出端连接所述过零比较器输入端，所述积分器包括限流电阻、运算放大器和积分电容，所述限流电阻电连接所述运算放大器输入端，所述积分电容并联于所述运算放大器，其特征在于，还包括：

控制器，所述控制器电连接有程控电压参考源、程控多路开关、时间计数器和所述过零比较器，所述控制器被配置为基于所述过零比较器输出电平变化生成控制信号以控制所述程控电压参考源、程控多路开关和时间计数器工作；

程控电压参考源，被配置为基于所述控制器控制信号输出对应的电压信号；

程控多路开关，被配置为基于所述控制器控制信号导通各输入端与输出端之间的内部电路通道，包括至少两个输入端和一输出端，所述输出端电连接所述限流电阻，所述输入端分别电连接程控电压参考源和被测电压信号；

时间计数器，被配置为基于所述控制器控制信号进行计时并将计时结果反馈于控制器。

2.根据权利要求1所述的积分型模数转换器，其特征在于，所述程控电压参考源设为可编程约瑟夫森量子电压基准装置。

3.根据权利要求1所述的积分型模数转换器，其特征在于，所述积分电容并联有电荷释放电路，所述电荷释放电路包括相互串联的功率电阻和程控单路开关，所述程控单路开关电控制端连接所述控制器。

4.根据权利要求1所述的积分型模数转换器，其特征在于，所述多路程控开关和所述限流电阻之间还串联有电压缓冲器。

5.一种模数转换方法，其特征在于，采用如权利要求1-4中任一项所述的积分型模数转换器，包括：

Q1：将被测电压信号输入积分器进行定时积分并记录积分时间；

Q2：设置程控电压参考源初始输出电压并使其极性与被测电压信号相反；

Q3：将程控电压参考源输出电压信号输入积分器进行一次定值积分直到过零比较器输出电平发生变化后断开，记录积分时间；

Q4：调节程控电压参考源的输出电压幅值并改变极性；

Q5：重复执行步骤Q3和Q4若干次；

Q6：根据定时积分阶段输入电荷与定值积分阶段输入电荷总量相等计算并输出所述被测电压信号量化结果。

6.根据权利要求5所述的一种模数转换方法，其特征在于，步骤Q2中程控电压参考源初始输出电压幅值设置为x^y×|V_ref|，其中|V_ref|表征为最小充电电流对应的参考电压，x、y为通过控制器设置的大于1的正整数。

7.根据权利要求6所述的一种模数转换方法，其特征在于，步骤Q4中程控电压参考源的输出电压幅值调节方式为以固定倍率x缩小当前程控电压参考源输出电压幅值。

8.根据权利要求7所述的一种模数转换方法，其特征在于，步骤Q5中所述重复执行步骤Q3和Q4的次数为y-1次。

9.根据权利要求8所述的一种模数转换方法，其特征在于，所述步骤Q1的定时积分方法是将被测电压信号输入积分器进行积分时时间计数器开始计数，时间计数器计满至预设值后断开被测电压信号。

10.根据权利要求5所述的一种模数转换方法，其特征在于，在执行步骤Q1之前还包括：通过控制器控制程控单路开关闭合，将所述积分电容中的残余电荷通过功率电阻快速释放至清零，然后断开所述程控单路开关。