[发明专利]一种电流源的同步斩波电路及其提高模数转换精度的方法

说明书

本发明公开了一种电流源同步斩波电路及其提高模数转换精度的方法，涉及激励电流源的同步斩波技术领域。该电流源同步斩波电路包括第一电流源、第二电流源、第一斩波交换器Φ₁、第二斩波交换器Φ₂、时钟发生器、过采样模数转换器、降频滤波器。本发明通过同步斩波技术降低电阻温度检测器中噪声，减少激励电流源中的失配和漂移失配，提高测量精度。

技术领域

本发明涉及激励电流源的同步斩波技术领域，具体地，涉及一种电流源同步斩波电路及其提高模数转换精度的方法。

背景技术

电阻温度检测器（2线、3线或者4线）广泛应用于温度测量系统，通过激励电流源产生一个与电阻相关的电压信号，该电压信号被模数转换器转化成数字信号用于温度测量。而对温度测量数值的整体精度（如温度的分辨率、时间漂移、可重复性），激励电流源的性能具有重要作用，因此，测量系统需要足够鲁棒以克服来自环境的外部干扰。

图1给出一种已知的3线电阻温度检测器的过采样模数转换电路的方块图，该电路包括：过采样模数转换器、时钟产生器、降频滤波器、两个匹配电流源、3线电阻温度检测器、低漂移参考电阻，采用两个匹配电流源（IDAC1和IDAC2）来对消第一个引线电阻R_lead1和第二个引线电阻R_lead2造成的引线电阻误差，第一个激励电流通过参考电阻R_REF和电阻温度检测器电阻R_RTD、第二个激励电流通过引线电阻R_lead2产生的电压与通过引线电阻R_lead1产生的电压对消，通过参考电阻的电压可以被用作过采样模数转换器的参考电压REF(±) 。

V_REF=(I_IDAC1+I_IDAC2)xR_REF

V_IN1=I_IDAC1x(R_RTD+R_lead1)-I_IDAC2xR_lead2

ADC=V_IN1/V_REF=(I_IDAC1xR_RTD+I_IDAC1xR_lead1-I_IDAC2xR_lead2)/((I_IDAC1+I_IDAC2)xR_REF)

现实中，这两个电流源之间总是存在失配，由于失配，引线电阻带来的误差无法完全消除，两个电流源的噪声和漂移失配进一步影响模数转换器最终测量的精度。

为了解决上述问题，技术人员通过过采样模数转换器对使用一对匹配电流源的输入电压执行第一轮转换，在获得第一组模数转换器转换数据后，电流源的极性被交换；在通过过采样模数转换器对使用交换极性后的电流源的输入电压执行另一轮转换，以获得第二组模数转换器转换数据。这两次转换结果相加可以消除与电流源相关的失配，由于极性交换频率等于模数转换器转换频率，需要两个完整的稳定转换周期，因此生成最终结果存在显著的时间延迟，这对于高精度测量是不可接受的，尤其在使用一个模数转换器测量多个电阻温度检测器时。此外，虽然模数转换器设置为低速以实现精确测量，但电流源精度、失配和噪声会在两次极性交换期间发生显著波动。极性交换进程对降低低频 1/f 噪声没有或很小影响，这从根本上限制了高精度模数转换器的性能。