[发明专利]一种能够降低模数转换器功耗的模数转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及模拟电路技术领域，尤其涉及一种能够降低模数转换器功耗的模数转换系统。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。随着信息技术、射频识别、传感器和通信等技术的发展，物联网已经应用在生活中的方方面面，比如智能工业、智能家居和智能安防等领域。一个典型的物联网分为感知层、网络层、应用层。感知层负责采集数据，网络层负责传输数据，而应用层则负责根据不同的应用对得到的数据进行不同的处理。物联网应用中有三项关键性的技术，分别为传感器技术、RFID技术、嵌入式系统技术。其中，传感器技术应用于感知层，是相当重要的一个环节，它负责采集人周边的环境中的所需的模拟信号，并通过模数转换器(A/D转换器，简称ADC)将模拟信号转换为计算机所能识别处理的数字信号。目前ADC有很多的种类，例如SAR ADC(逐次逼近寄存器型模数转换器)、FLASH ADC(快闪型模数转换器)、Sigma-delta型ADC、流水线型ADC等等。

然而，物联网的应用常常会受到很多限制，其中最关键的就是其续航的问题。众所周知，在很多应用方面，例如可穿戴设备，其续航一方面取决于电池的容量，一方面取决于设备的功耗。由于可穿戴设备体积、重量的限制，在电池技术没有得到大规模的突破前，其电池容量不会太大，这时候设备的功耗就极其重要了。例如在WSN(无线传感器网络)中，电池更是非常难以更换的，这时候单个无线传感器节点的功耗就显得更加重要了，ADC作为无线传感节点中必不可少的一部分，其功耗的重要性就不言而喻了。

目前，人们一般采用不同的算法，降低逻辑电路的供电电压，改变比较器的种类、结构，等等方法来降低ADC的功耗。例如采用非常规的算法，使得功耗降低，但其缺点在于势必会大大增加逻辑电路的复杂度；例如采用正常电压来供电模拟电路部分，而用低电压来供电数字逻辑电路部分，这样功耗就大大降低了，但其缺点在于需要增加额外的电平转换电路，且由于供电电压的降低，电路设计的难度大大提高，可靠性可会有一定程度的下降；再例如采用动态比较器代替静态比较器，由于动态比较器没有静态功耗，功耗有所降低，但其缺点在于动态比较器的失调电压较大，失调补偿变得较为困难，比较器输出结果的准确性也会降低。并且，上述方法都是对ADC本身的结构下手来降低其功耗，而没有从全局考虑，所降低的功耗也有限。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种降低无线传感节点电路中模数转换器功耗的方法。本发明采用如下技术方案：

一种能够降低模数转换器功耗的模数转换系统，所述系统适用于物联网的感知层，所述感知层包括多个采集节点，每个所述采集节点分别设有环境监测传感器，所述环境监测传感器用于采集周边环境信息并输出对应所述周边环境信息的模拟电压信号；所述系统包括：

窗口比较器，所述窗口比较器具有一预设的标准幅值变化范围，所述窗口比较器用于采集当前时刻的所述模拟电压信号作为当前信号，以及前一时刻的所述模拟电压信号作为前一刻信号，并进行比对，以判断所述当前信号相对于所述前一刻信号的实际变化值是否在所述标准幅值变化范围内并输出第一比对结果；

模数转换器，所述模数转换器用于将所述模拟信号转换为数字信号并输出，所述模数转换器和所述窗口比较器并联；

控制器，所述控制器连接所述窗口比较器和所述模数转换器，所述控制器用于分别控制所述窗口比较器和所述模数转换器的通断；

所述控制器根据所述窗口比较器输出的所述第一比对结果，在：

所述第一比对结果表示所述实际变化值在所述标准幅值变化范围内时，控制所述模数转换器处于关闭状态；以及

所述第一比对结果表示所述实际变化值不在所述标准幅值变化范围内时，控制所述模数转换器处于接通状态。

优选的，所述窗口比较器包括：

电阻串，所述电阻串串接在所述系统的供电电源与地之间，所述电阻串用于实现电路的分压功能；

所述电阻串包括顺序串联在所述供电电源和所述地之间的第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述第一电阻与所述第二电阻之间设有第一节点，所述第二电阻和所述第三电阻之间设有第二节点，所述第一节点对应一第一参考电压信号，所述第二节点对应一第二参考电压信号；

第一信号输入端，所述第一信号输入端用于接收并输出所述模拟电压信号；

第一比较器，所述第一比较器的同相输入端连接所述第一节点，反相输入端连接所述第一信号输入端，所述第一比较器用于对所述第一参考电压信号和所述模拟电压信号进行比较并输出第一电平信号；