[其他]数字反馈式两次采样高精度模-数转换器

说明书

本发明是关于两次采样模-数转换器的改进。本发明可用来构成高精度数字电压表。

两次采样模-数转换器通常是一种复合式高精度转换器，它包含一个低精度A/D转换器和一个高精度D/A转换器。这种转换器的模-数转换是通过两次采样过程束实现的。第一次采样时，由低精度A/D转换器将模拟量（电压）转换为数字量，这相当于高位数。然后，由高精度D/A转换器将该高位数字量转换为模拟量，这相当于被测量的高位值。第二次采样时，再由低精度A/D转换器对被测量与高精度D/A转换器反馈的被测量高位值之差进行转换，得被测量的低位数。高位数与低位数之代数和即代表被测模拟量。

在两次采样模-数转换器中，高精度D/A转换器是关键部分，它决定了模-数转换器的精度。

日本《NIKKEI    ELECTRONICS》杂志于1974年NO、82期发表的八位数0.1ppm高精度数字电压表，采用了磁调制式电流比较仪作为高精度D/A转换器。这种D/A转换器需用价格昂贵的坡莫合金，体积大，成本高。

英国SELabs公司的SM215型数字电压表采用了感应式分压器来作高精度D/A转换器，也要采用坡莫合金。

日本武田理研生产的TR-6567型数字电压表，采用了电阻网络来作高精度D/A转换器，对电阻和开关要求很高，生产工艺复杂，成本高。

上述三种两次采样高精度模-数转换器的共同缺点是体积大，不易集成，成本高。

本发明的目的是改进两次采样中的第二次采样方法。改进的实质在于把第一次采样获得的数字量在第二次采样过程中直接反馈回来，而不再转换为模拟量后反馈，从而克服了上述三种高精度A/D转换器的缺点。

本发明之所以称为数字反馈式两次采样高精度模-数转换器，是因为在第二次采样过程中，第一次采样所得的高位数是直接以数字方法反馈回来。本发明数字反馈式两次采样高精度模-数转换器的两次采样均通过一般精度的双积分A/D转换器实现。当然，第一次采样也可用任何一种A/D转换器，只要它能获得被测量的高位数即可。

在第一次采样中，双积分A/D转换器的上斜时间T₁与数字量N₁相应，而下斜时间T_2h与数字量H_2h相应。在第二次采样的上斜过程中，被测量E_x接入的时间与数字量mN₁相对应，而基准电压E_s接入的时间与数字量mN_2h相对应。这可通过计数器N₁、N_2h和m来实现，实际上就是当可逆计数器N₁和N_2h减为0后，重又恢复原值N₁和N_2h，共重复m次，但在每个置数节拍中，N_2h≤N₁。重复置数m次也可通过一个可逆计数器来实现。在第二次采样的下斜过程中，E_x被切断，而放电所用的基准电压可缩小n倍，为E_s/n。这样，在第二次采样中，得低位数N₂l。

由于N₁和N_2h共置入m次，而第二次采样所用的基准电压可缩小为E_s/n，故本发明可获得计数容量mnN_2h+N_2l。这种数字反馈式两次采样模-数转换器只用一般精度的双积分A/D转换器和一些逻辑部件，却可获得高精度A/D转换。由于本发明对模拟器件要求不高，逻辑简单，故易于制成大规模集成电路。

现按图1所示的数字反馈式两次采样高精度模-数转换器的电路图解释如下：

在第一次采样的上斜过程中，被测量1（±E_x）通过开关6的闭合接入由积分电阻11、积分电容器17和放大器18组成的积分器，对电容器17充电，充电时间T₁可通过控制逻辑对可编程计数器30置数N₁后的减法计数实现。当N₁减为0时，控制逻辑34通过开关控制29和极性检测与检零逻辑28切断开关6，闭合开关7（当被测量为-E_x时）或闭合开关8（当被测量为+E_x时），接入基准电压，对电容器17进行放电，同时，可编程计数器31从0开始进行加法计数。