[发明专利]一种量程可调的高精度模数转换器

说明书

一种量程可调的高精度模数转换器，属于模拟集成电路设计领域，包括可配置电平转换单元、电压跟随器、模数转换器和可配置寄存器。其中，可配置电平转换单元可对待检测的电压信号进行预处理，根据配置调整待检测的输入电压，电压跟随器能够增强信号的驱动能力，使进入模数转换器的电压信号更稳定。本发明具有可提高模数转换器的灵活性，扩展输入信号范围，提升模数转换器精度等诸多优点。

技术领域

本发明涉及一种量程可调的高精度模数转换器，属于模拟集成电路设计技术领域。

背景技术

模数转换器在军用、民用的电子系统中具有重要作用，随着数字信号处理内核的发展，对与之相关的模数转换器的需求越来越多。若单个模数转换器具有量程可调的功能，能够有更大的检测范围，那么就可以用一个模数转换器代替多个模数转换器，从而降低系统功耗，提高集成度。

针对扩展模数转换量程这一思路，目前多采用参考电压自适应调整的结构。通过在高输入电压下采用高参考电压，在低输入电压下采用低参考电压，从而调整模数转换器的检测范围，但此类方法只从参考电压的角度改变模数转换器的量程，灵活性不足，因此应用范围受到了限制。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种量程可调的高精度模数转换器，通过在模数转换器之前增加一个可配置电平转换单元和一个电压跟随器，就能够通过配置灵活调整模数转换器量程。该结构的电路实现简单，所引入的额外功耗低，在维持原有模数转换器性能的基础上实现了量程可调的功能。

本发明的技术解决方案是：一种量程可调的高精度模数转换器，包括可配置电平转换单元、电压跟随器、模数转换器和可配置寄存器；

所述可配置电平转换单元根据可配置寄存器输出的多位宽数字码B:0进行配置，对输入电压信号Vin进行相应的电平转换，并将处理后的电压信号V1送至电压跟随器的输入端；

所述电压跟随器根据可配置电平转换单元送来的电压信号V1，输出电压信号V2送至模数转换器，保证模数转换器能够接收到一个驱动能力足够的电压信号；

所述模数转换器对电压跟随器的输出电压信号V2进行模数转换，得到与模拟电压信号V2相匹配的多位宽数字码A:0；

所述可配置寄存器由外部串口或SPI串口进行数据配置，产生多位宽数据B:0输入到可配置电平转换单元，为可配置电平转换单元提供配置信息。

进一步地，所述可配置电平转换单元包括电平放大电路、电平衰减电路、第一开关S1、第二开关S2以及第三开关S3；

所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3在同一时刻有且仅有一个开关处于闭合状态，其它两个开关处于打开状态；当第一开关S1闭合时，输入电压信号Vin经过电平放大电路处理后发送给电压跟随器；当第二开关S2闭合时，输入电压信号Vin经过电平衰减电路处理后发送给电压跟随器；当第三开关S3闭合时，输入电压信号Vin直接发送给电压跟随器；电平放大电路对输入电压信号Vin进行放大处理；电平衰减电路对输入电压信号Vin进行衰减处理。

进一步地，所述电平放大电路包括运算放大器、个电阻和n个开关；电平放大电路的连接方式为待检测的输入电压信号Vin接运算放大器输入正端；R11一端接运算放大器的负端，另一端接地；R21一端接运算放大器的负端，另一端接S11的一端；R22一端接运算放大器的负端，另一端接S12的一端；R23一端接运算放大器的负端，另一端接S13的一端；以此类推，最后R2n一端接运算放大器的负端，另一端接S1n的一端；S11、S12、S13、一直到S1n的另一端统一接V1。

进一步地，所述个电阻均为阻值相等的电阻。

进一步地，通过控制开关S11、S12、S13…、S1n闭合的个数配置电平放大电路的电压放大倍数。

进一步地，所述电平衰减电路包括运算放大器、个电阻和n个开关；