專利名稱：模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及三種模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，又稱A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，或簡稱 級聯(lián)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器或級聯(lián)式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，屬信號測量與處理及電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景在數(shù)字化電子設(shè)備中，大量模擬信號需要通過模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字處理，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的品質(zhì)對系統(tǒng)效能至關(guān)重要。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器主要有雙積分型轉(zhuǎn)換器、i:-A型轉(zhuǎn)換器、逐次逼近型轉(zhuǎn)換器、電容陣列逐次比較型轉(zhuǎn)換器、流水線型轉(zhuǎn)換器、并行比較型轉(zhuǎn)換器。雙積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器將輸入電壓轉(zhuǎn)換成周期或頻率，然后由定時器或計數(shù)器獲得數(shù)字值，轉(zhuǎn)換速率極低，高精度的雙積分AD芯片價格較貴。i:-A型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由積分器、比較器、 一位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成， 電路復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速率較低。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由一個比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較得到轉(zhuǎn)換值， 電路較復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度一般，高精度(12位以上)AD芯片價格很高。電容陣列逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器電容陣列逐次比較型AD在內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器中 采用電容矩陣方式，電路復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度一般。流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由2個或多個并行型AD轉(zhuǎn)換器再配合DA轉(zhuǎn)換器組成， 用兩次或多次比較實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，電路較為復(fù)雜、成本較高。并行比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用多個比較器與邏輯轉(zhuǎn)換電路，僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換，電路規(guī)模極大、成本昂貴。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供三種模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器。 本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種雙電源簡約型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，采用雙電源方式供電，有一個接地端 GND、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端+Vb、 一個模擬信號輸入端AI、 一組n 位數(shù)字信號輸出端Dl Dn、 一個級聯(lián)信號輸出端AO;其特征在于n位雙電源簡約 型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器由n個結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元級聯(lián)組成，每個簡約型AD轉(zhuǎn)換單元有一個接地端GND、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源 端+Vb、 一個模擬信號輸入端、 一位數(shù)字信號輸出端、 一個級聯(lián)信號輸出端，如第 i個AD轉(zhuǎn)換單元有一個接地端GND、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端+Vb、 一個模擬信號輸入端zail、 一位數(shù)字信號輸出端zdi2、 一個級聯(lián)信號輸出端zai3，第 j = i+l個AD轉(zhuǎn)換單元有一個接地端GND、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端 +￥1 、一個模擬信號輸入端zajl、一位數(shù)字信號輸出端zdj2、一個級聯(lián)信號輸出端zaj3; 第一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端zall接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端 AI，第i個AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端zdi2接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸 出端Di，前一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端zai3與后一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬 信號輸入端zajl相連接，第j個AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端zdj2接為A/D級聯(lián) 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端Dj，第n個即最后一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端zan3 接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的級聯(lián)信號輸出端AO， n個AD轉(zhuǎn)換單元的接地端連接在一起 并接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器接地端GND， n個AD轉(zhuǎn)換單元的正負(fù)電源端分別相連接并 分別接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的正負(fù)電源端+Vb與-Vb。雙電源簡約型模擬-數(shù)字(A/D) 級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的外部連接圖如圖1所示，雙電源簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器 的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
所述的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元由電壓比較器、電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器、2個阻 值相同的電阻組成，如第i個AD轉(zhuǎn)換單元由電壓比較器Bil、同相電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、 運算放大器Ai2、阻值均為R的電阻Ril與Ri2組成；比較器Bil的負(fù)輸入端接AD 轉(zhuǎn)換單元的接地端GND，比較器Bil的正輸入端接為AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入 端zail，比較器Bil輸出模擬信號極性電壓、其輸出端與電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號輸入端 連接，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的公共端接AD轉(zhuǎn)換單元的接地端GND，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號 輸出端接為AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端zdi2，運放Ai2的正輸入端接AD轉(zhuǎn)換單 元的模擬信號輸入端zail，運放Ai2的負(fù)輸入端通過電阻Ril與比較器Bil的輸出端 相連接，電阻Ri2跨接在運放Ai2的輸出端與負(fù)輸入端之間，運放Ai2的輸出端接為 AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端zai3，比較器Bil與運放Ai2的正負(fù)電源端分別相連 接并分別接為AD轉(zhuǎn)換單元的正負(fù)電源端+Vb與-Vb。簡約型AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原 理圖如圖3所示。
所述的雙電源簡約型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器集成在一個單片上作為一個單片A/D 轉(zhuǎn)換器使用，單片雙電源簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有5+n個引腳 一個接地端GND、二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端+Vb、 一個模擬信號輸入端AI、 一組n位數(shù)字 信號輸出端Dl Dn、 一個級聯(lián)信號輸出端AO,如4位的單片雙電源簡約型A/D級 聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有9個引腳 一個接地端GND、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端 +Vb、 一個模擬信號輸入端AI、 一組4位數(shù)字信號輸出端D1 D4、 一個級聯(lián)信號輸 出端AO，而8位的單片雙電源簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有13個引腳 一個接地端 GND、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端+Vb、 一個模擬信號輸入端AI、 一組8 位數(shù)字信號輸出端D1 D8、 一個級聯(lián)信號輸出端AO。雙電源簡約型模擬-數(shù)字(A/D) 級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的外部連接圖如圖1所示，雙電源簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器 的結(jié)構(gòu)原理圖如圖4所示。一種虛地式簡約型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，采用單電源方式供電，有一個虛地端 Sgnd、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端+Vb、 一個模擬信號輸入端AI、 一組n 位數(shù)字信號輸出端Dl Dn、 一個級聯(lián)信號輸出端AO;其特征在于n位虛地式簡約 型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器由n個結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的虛地式AD轉(zhuǎn)換單元級聯(lián)組成， 每個虛地式AD轉(zhuǎn)換單元有一個虛地端Sgnd、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源 端+Vb、 一個模擬信號輸入端、 一位數(shù)字信號輸出端、 一個級聯(lián)信號輸出端，如第 i個AD轉(zhuǎn)換單元有一個虛地端Sgnd、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端+Vb、 一個模擬信號輸入端zail、 一位數(shù)字信號輸出端zdi2、 一個級聯(lián)信號輸出端zai3，第 j = i+l個AD轉(zhuǎn)換單元有一個虛地端Sgnd、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端 +￥1>、一個模擬信號輸入端zajl、一位數(shù)字信號輸出端zdj2、一個級聯(lián)信號輸出端zaj3; 第一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端zall接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端 AI，第i個AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端zdi2接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸 出端Di，前一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端zai3與后一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬 信號輸入端zajl相連接，第j個AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端zdj2接為A/D級聯(lián) 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端Dj，第n個即最后一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端zan3 接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的級聯(lián)信號輸出端AO， n個AD轉(zhuǎn)換單元的虛地端連接在一起 并接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的虛地端Sgnd， n個AD轉(zhuǎn)換單元的正負(fù)電源端分別相連接 并分別接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的正負(fù)電源端+Vb與-Vb。虛地式簡約型模擬-數(shù)字(A/D) 級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的外部連接圖如圖5所示，虛地式簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器 的結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。所述的虛地式AD轉(zhuǎn)換單元由電壓比較器、電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器、4個阻值相同的電阻組成，如第i個AD轉(zhuǎn)換單元由電壓比較器Bil、同相電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、 運算放大器Ai2、阻值均為R的電阻Ril與Ri2及Ri3與Ri4組成；電阻Ri3與Ri4 串聯(lián)后兩端分別接AD轉(zhuǎn)換單元的負(fù)電源端-Vb與正電源端+Vb、公共端接AD轉(zhuǎn)換 單元的虛地端Sgnd，比較器Bil的負(fù)輸入端接AD轉(zhuǎn)換單元的虛地端Sgnd，比較器 Bil的正輸入端接為AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端zail，比較器Bil輸出模擬信號 極性電壓、其輸出端與電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號輸入端連接，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的公共端接 AD轉(zhuǎn)換單元的負(fù)電源端-Vb，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號輸出端接為AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字 信號輸出端zdi2，運放Ai2的正輸入端接AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端zail，運放 Ai2的負(fù)輸入端通過電阻Ril與比較器Bil的輸出端相連接，電阻Ri2跨接在運放Ai2 的輸出端與負(fù)輸入端之間，運放Ai2的輸出端接為AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端 zai3，比較器Bil與運放Ai2的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為AD轉(zhuǎn)換單元的正 負(fù)電源端+Vb與-Vb。虛地式AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原理圖如圖7所示。所述的虛地式簡約型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器集成在一個單片上作為一個單片A/D 轉(zhuǎn)換器使用，單片虛地式簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有5+n個引腳 一個虛地端Sgnd、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端+Vb、 一個模擬信號輸入端AI、 一組n位數(shù)字 信號輸出端Dl Dn、 一個級聯(lián)信號輸出端AO，如4位的單片虛地式簡約型A/D級 聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有9個引腳 一個虛地端Sgnd、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端 +Vb、 一個模擬信號輸入端AI、 一組4位數(shù)字信號輸出端D1 D4、 一個級聯(lián)信號輸 出端AO，而8位的單片虛地式簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有13個引腳 一個虛地端 Sgnd、 二個電源端即負(fù)電源端-Vb和正電源端+Vb、 一個模擬信號輸入端AI、 一組8 位數(shù)字信號輸出端D1 D8、 一個級聯(lián)信號輸出端AO。虛地式簡約型模擬-數(shù)字(A/D) 級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的外部連接圖如圖5所示，虛地式簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器 的結(jié)構(gòu)原理圖如圖8所示。一種四電源高速型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，采用四電源方式供電，有一個接地端 GND、四個電源端即負(fù)電源端-Vb與-Vp和正電源端+Vb與+Vp、 一個模擬信號輸入 端AI、 一組n位數(shù)字信號輸出端Dl Dn、 一個級聯(lián)信號輸出端AO，通常電源-Vp 與+Vp的電壓大小為電源-Vb與+Vb電壓的二倍以上；其特征在于n位四電源高速 型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器由n個結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的高速型AD轉(zhuǎn)換單元級聯(lián)組成， 每個高速型AD轉(zhuǎn)換單元有一個接地端GND、四個電源端即負(fù)電源端-Vb與-Vp和 正電源端+Vb與+Vp、 一個模擬信號輸入端、 一位數(shù)字信號輸出端、 一個級聯(lián)信號輸出端，如第i個AD轉(zhuǎn)換單元有一個接地端GND、四個電源端即負(fù)電源端-Vb與-Vp 和正電源端+Vb與+Vp、 一個模擬信號輸入端zail、 一位數(shù)字信號輸出端zdi2、 一個 級聯(lián)信號輸出端zai3，第j-i+l個AD轉(zhuǎn)換單元有一個接地端GND、四個電源端即 負(fù)電源端-Vb與-Vp和正電源端+Vb與+Vp、 一個模擬信號輸入端zajl、 一位數(shù)字信 號輸出端zdj2、一個級聯(lián)信號輸出端zaj3;第一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端zal 1 接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端AI，第i個AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端 zdi2接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端Di，前一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸 出端zai3與后一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端zajl相連接，第j個AD轉(zhuǎn)換單元 的數(shù)字信號輸出端zdj2接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端Dj，第n個即最后一 個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端zan3接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的級聯(lián)信號輸出端AO， n個AD轉(zhuǎn)換單元的接地端連接在一起并接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器接地端GND， n個AD 轉(zhuǎn)換單元的二組正負(fù)電源端分別相連接并分別接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的二組正負(fù)電源 端+Vb與+Vp和-Vb與-Vp。四電源高速型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的外部連接 圖如圖9所示，四電源高速型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖如圖IO所示。所述的高速型AD轉(zhuǎn)換單元由電壓比較器、反相電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器、6 個阻值相同的運算電阻、l個限流電阻及2個二極管組成，如第i個AD轉(zhuǎn)換單元 由電壓比較器Bil 、反相電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器Ai2、阻值均為R的運算電阻Ril 、 Ri2、 Ri3、 Ri4a、 Ri4b、 Ri4c、限流電阻Ri0及二極管Dil、 Di2組成；比較器Bil 的正輸入端接AD轉(zhuǎn)換單元的接地端GND，比較器Bil的負(fù)輸入端接為AD轉(zhuǎn)換單 元的模擬信號輸入端zail，比較器Bil的輸出端與反相電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號輸入端連 接，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的公共端接AD轉(zhuǎn)換單元的接地端GND,電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號輸 出端接為AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端zdi2， 二極管Dil與Di2順向串聯(lián)后正負(fù)端 分別接負(fù)電源端-Vb與正電源端+Vb、其公共端通過電阻Ri0接比較器Bil的輸出端， 電阻RiO與二極管Dil及Di2組成限幅電路、其公共端輸出限幅的模擬信號極性電壓， 運放Ai2的正輸入端接AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端zail ，運放Ai2的負(fù)輸入端通 過電阻Ri4a與Ri4b及Ri4c并聯(lián)接地，電阻Ril與Ri2串聯(lián)后兩端分別接二極管Dil 與Di2的公共端與運放Ai2的輸出端、其公共端接為AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端 zai3，比較器Bil與運放Ai2的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為AD轉(zhuǎn)換單元的正 負(fù)電源端+Vp與-Vp。高速型AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原理圖如圖ll所示。所述的四電源高速型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器集成在一個單片上作為一個單片A/D轉(zhuǎn)換器使用，單片四電源高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有7+n個引腳 一個接地端GND、 四個電源端即負(fù)電源端-Vb與-Vp和正電源端+Vb與+Vp、 一個模擬信號輸入端AI、 一組n位數(shù)字信號輸出端Dl Dn、 一個級聯(lián)信號輸出端AO，如4位的單片四電源 高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有11個引腳 一個接地端GND、四個電源端即負(fù)電源端-Vb 與-Vp和正電源端+Vb與+Vp、 一個模擬信號輸入端AI、 一組4位數(shù)字信號輸出端 D1 D4、 一個級聯(lián)信號輸出端AO，而8位的單片四電源高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有 15個引腳 一個接地端GND、四個電源端即負(fù)電源端-Vb與-Vp和正電源端+Vb與 +Vp、 一個模擬信號輸入端AI、 一組8位數(shù)字信號輸出端D1 D8、 一個級聯(lián)信號輸 出端AO。四電源高速型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的外部連接圖如圖9所示，四 電源高速型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖12所示。所述的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元與虛地式AD轉(zhuǎn)換單元增加由1個限流電阻與2個二 極管組成的極性電壓限幅電路，成為極性電壓限幅輸出的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元與極性 電壓限幅輸出的虛地式AD轉(zhuǎn)換單元，即電壓比較器極性輸出采用類似于上述高速 型AD轉(zhuǎn)換單元的電壓限幅輸出模式，極性電壓限幅輸出的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元的電 源則采用四電源供電模式，而極性電壓限幅輸出的虛地式AD轉(zhuǎn)換單元的電源則釆用 三電源供電模式，運算放大器與電壓比較器使用負(fù)電源端-Vp和正電源端+Vp供電， 限幅電路使用負(fù)電源端-Vb和正電源端+Vb供電，通常電源-Vp與+Vp的電壓大小比 電源-Vb與+Vb的電壓要適當(dāng)高一些；所述的高速型AD轉(zhuǎn)換單元去掉1個限流電阻 與2個二極管，成為極性電壓直接輸出的高速型AD轉(zhuǎn)換單元，電壓比較器極性輸出 采用類似于上述簡約型AD轉(zhuǎn)換單元或虛地式AD轉(zhuǎn)換單元的直接電壓輸出模式，極 性電壓直接輸出的AD轉(zhuǎn)換單元的電源仍采用四電源供電模式，運算放大器使用負(fù)電 源端-Vp和正電源端+Vp供電，電壓比較器使用負(fù)電源端-Vb和正電源端+Vb供電， 通常電源-Vp與+Vp的電壓大小為電源-Vb與+Vb電壓的二倍以上。極性電壓限幅輸 出的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原理圖如圖13a所示，極性電壓限幅輸出的虛地式 AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原理圖如圖13b所示，極性電壓直接輸出的高速型AD轉(zhuǎn)換單元 的結(jié)構(gòu)原理圖如圖13c所示，極性電壓限幅輸出的簡約型與虛地式A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器 及極性電壓直接輸出的高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的外部連接圖與圖9類似、結(jié)構(gòu)框圖 與圖IO類似。本實用新型的模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器的電源為總線形式，各AD轉(zhuǎn)換單元的 模擬信號與級聯(lián)信號前后串接，轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號則為并行輸出形式，故本轉(zhuǎn)換器稱為模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器。模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器由n個(常用n-4、 8、 16等)結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相 同的AD轉(zhuǎn)換單元級聯(lián)組成，g卩將第i個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)輸出端與第j個AD 轉(zhuǎn)換單元的信號輸入端相連(設(shè)j=i+l， i=l、…、n-1)， n個AD轉(zhuǎn)換單元的正負(fù) 電源端與接地端分別連接在一起，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，模擬信號從第一個AD轉(zhuǎn)換單元的 信號輸入端輸入，每個AD轉(zhuǎn)換單元輸出一位數(shù)字信號，n個AD轉(zhuǎn)換單元輸出n位 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號。多個(如4個)n位(如4位)的A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器可以繼續(xù)級聯(lián)，S卩前一個 A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的級聯(lián)信號輸出與后一個A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入相連接， 其正負(fù)電源端與接地端分別連接在一起，從而組成長鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的多位(如4X4=16 位)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。每個AD轉(zhuǎn)換單元的輸入模擬信號通過電壓比較器Bil與零電位進(jìn)行比較，比較 器Bil輸出模擬信號的極性信號，極性信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)輸出適合數(shù)字接口傳送的 數(shù)字電平信號(如TTL電平的數(shù)字信號)，同時運算放大器Ai2與其外圍電阻利用輸 入模擬信號與極性信號進(jìn)行殘差計算與放大，并作為級聯(lián)信號輸出，供后一級的AD 轉(zhuǎn)換單元繼續(xù)進(jìn)行低一位更精細(xì)A/D轉(zhuǎn)換。AD轉(zhuǎn)換單元的電阻值決定殘差計算與放大的參數(shù)，電阻阻值采取Ril=Ri2、 Ri3=Ri4、 Ri3=Ri4a=Ri4b=Ri4c。當(dāng)然電阻Ri4a、 Ri4b、 Ri4c在電路中呈并聯(lián)關(guān)系， 可采用一個阻值為單個電阻三分之一的電阻代替，即采用一個R-Ri3/3的電阻代替 Ri4a與Ri4b及Ri4c三個并聯(lián)電阻。簡約型與虛地式AD轉(zhuǎn)換單元的極性輸出電壓(即比較器輸出電壓)f/A7與模擬 輸入電壓t/。,/的關(guān)系級聯(lián)輸出電壓f/W與模擬輸入電壓t/。"的關(guān)系雙電源簡約型與虛地式簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器模擬信號輸入電壓f/G的范圍高速型AD轉(zhuǎn)換單元的極性輸出電壓(限幅電路輸出電壓)f/尸,7與模擬輸入電壓t/。"的關(guān)系級聯(lián)輸出電壓f^3與模擬輸入電壓"。"的關(guān)系:四電源高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器模擬信號輸入電壓(70的范圍 2 Q 2簡約型與虛地式AD轉(zhuǎn)換單元的電路比較簡單，但殘差計算與放大需待極性比較 輸出后進(jìn)行，故轉(zhuǎn)換速度相對較低一些；而高速型AD轉(zhuǎn)換單元由于其極性比較與殘 差計算放大同時進(jìn)行，其轉(zhuǎn)換速度相對較高，但電路結(jié)構(gòu)與電源要復(fù)雜一些。模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換單元的電壓比較器的輸出電壓與模擬輸 入電壓的關(guān)系曲線、級聯(lián)輸出電壓與模擬輸入電壓的關(guān)系曲線，其第一級AD轉(zhuǎn)換單 元的關(guān)系曲線如圖14a所示，第二級AD轉(zhuǎn)換單元的關(guān)系曲線如圖14b所示，第三級 AD轉(zhuǎn)換單元的關(guān)系曲線如圖14c所示。虛地式簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器中所述的"虛地"，其圖形符號為半 圓形(通常為空心圖形)、字母符號為Sgnd或SGND，虛地Sgnd通常通過跨接在電 源兩端串聯(lián)電阻(二個電阻阻值相同)的公共端得到。虛地Sgnd具有與電源地GND 同樣的電平計算參考功能，所有具有相同符號的虛地表示其相互連接在一起，需要 使用多個獨立虛地時可采用字母符號Sgndl、 Sgnd2、 Sgnd3等表示不相連接的多個 虛地系統(tǒng)。虛地Sgnd與電源地GND不同的是虛地Sgnd既可以與正負(fù)雙電源的電源 地GND連接、也可以不與雙電源的電源地GND連接。 一些需要使用雙電源的電路 采用虛地SgIKl方式設(shè)計則可采用單電源供電，使用靈活方便。而在電路分析計算時， 采用虛地Sgnd方式與采用雙電源電源地GND時一樣簡便。在不與雙電源的電源地 GND連接時，虛地Sgnd沒有功率(或電流)驅(qū)動能力，不能與非虛地接線端連接， 但可以接高阻抗輸入端作為零輸入信號。數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器與模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器完成互為相反的功能，這 就可以利用D/A轉(zhuǎn)換器的配合驗證A/D轉(zhuǎn)換器的功能與效果，A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的驗 證測試電路如圖15所示，電路輸入正弦波電壓信號，通過A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù) 字信號經(jīng)控制開關(guān)從高位到低位逐級接通(增加轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，提高分辨率)，D/A 轉(zhuǎn)換器輸出相應(yīng)的模擬信號波形，該模擬信號與輸入正弦波電壓信號相比即可觀測 到A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效果。一位A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效果波形如圖16a所示，二位A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效果波形如圖16b所示，三位A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效 果波形如圖16c所示。實用時，電壓比較器可以采用運算放大器或具有類似功能的電路實現(xiàn)。AD轉(zhuǎn)換 單元需要穩(wěn)定對稱的正負(fù)電源，電壓比較器或代替比較器的運放電路選用正負(fù)輸出 與正負(fù)電源電壓的差異一致或接近電源電壓的類型(分析計算時為方便起見，電壓 比較器的正負(fù)輸出電壓取正負(fù)電源電壓)，運算放大器選用正負(fù)輸出接近電源電壓的 類型或適當(dāng)提高運放的電源電壓(相對比較器而言)，限幅用二極管選用低導(dǎo)通壓降 型的二極管(分析計算時為方便起見，二極管的導(dǎo)通壓降忽略不計)。組成AD轉(zhuǎn)換單元的電阻Ri0、 Ril、 Ri2、 Ri3、 Ri4、 Ri4a、 Ri4b、 Ri4c的阻值 通常(但不限于)取5KQ 50KQ。本實用新型的模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器具有殘差放大功能，有助于提高轉(zhuǎn) 換器的有效分辨率。A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器僅采用半導(dǎo)體器件與電阻構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡單、 成本低廉、性能穩(wěn)定、可靠性好、轉(zhuǎn)換速度快、級聯(lián)擴(kuò)展非常方便、易于集成化等特 點，在測量采樣、信號處理、電氣自控系統(tǒng)與電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用價值。

圖1雙電源簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的外部連接圖。 圖2雙電源簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖。 圖3簡約型AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原理圖。圖4雙電源簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖5虛地式簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的外部連接圖。 圖6虛地式簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖。 圖7虛地式AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原理圖。圖8虛地式簡約型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖9四電源高速型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的外部連接圖。 圖IO四電源高速型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖。 圖ll高速型AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原理圖。圖12四電源高速型模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖13a極性限幅輸出的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖13b極性限幅輸出的虛地式AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖13c極性直接輸出的高速型AD轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)原理圖。圖14a第一級AD轉(zhuǎn)換單元的輸出電壓與模擬輸入電壓的關(guān)系曲線圖。圖14b第二級AD轉(zhuǎn)換單元的輸出電壓與模擬輸入電壓的關(guān)系曲線圖。圖14c第三級AD轉(zhuǎn)換單元的輸出電壓與模擬輸入電壓的關(guān)系曲線圖。圖15模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的驗證測試電路圖。圖16a —位模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效果波形。圖16b 二位模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效果波形。圖16c三位模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效果波形。圖17雙電源16位經(jīng)濟(jì)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理結(jié)構(gòu)圖。圖18單電源16位經(jīng)濟(jì)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理結(jié)構(gòu)圖。圖19雙電源16位高速型模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。實施例1雙電源16位經(jīng)濟(jì)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器雙電源16位經(jīng)濟(jì)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理結(jié)構(gòu)圖如圖17所示。雙電源16位經(jīng)濟(jì)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由采樣保持電路S/H、 4個四位的雙電源簡約型 A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器、2個八位的鎖存器、2個穩(wěn)壓電源組成。4個四位的雙電源簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器級聯(lián)連接，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其模擬信號 輸入與采樣保持電路S/H的輸出相連接，采樣保持電路S/H外接模擬輸入信號。4個四位的雙電源簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器輸出的16位數(shù)字信號分別與2個八位 鎖存器的輸入相連接。2個穩(wěn)壓電源分別輸出正負(fù)電源電壓，給采樣保持電路S/H與A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器及 鎖存器供電。采樣保持電路S/H的時鐘端與2個八位的鎖存器的時鐘端相連接。 時鐘信號為0時,采樣保持電路S/H處于采樣狀態(tài)，其輸出電壓與輸入電壓相同， 此時A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器開始對模擬輸入電壓信號進(jìn)行變換，但數(shù)字信號(特別是低位 信號)的輸出處于變動狀態(tài)；時鐘信號變?yōu)閘時，采樣保持電路S/H處于保持狀態(tài)， 其輸出電壓保持在時鐘上升沿時刻的值，稍后，A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器完成對模擬輸入電壓 信號的變換，輸出穩(wěn)定數(shù)字信號；當(dāng)時鐘信號再次變?yōu)镺時，鎖存器在時鐘下降沿時 刻保存A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，完成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換過程。實施例2單電源16位經(jīng)濟(jì)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器單電源16位經(jīng)濟(jì)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理結(jié)構(gòu)圖如圖18所示。單電源16位經(jīng)濟(jì)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由采樣保持電路S/H、 4個四位的虛地式簡約型 A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器、2個八位的鎖存器、l個穩(wěn)壓電源、電阻R0與R1組成。4個四位的虛地式簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器級聯(lián)連接，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其模擬信號 輸入與采樣保持電路S/H的輸出相連接，采樣保持電路S/H外接模擬輸入信號。4個四位的虛地式簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器輸出的16位數(shù)字信號分別與2個八位 鎖存器的輸入相連接。穩(wěn)壓電源分別輸出電源電壓，給采樣保持電路S/H與A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器及鎖存器 供電。電阻R0與R1組成虛地電平微調(diào)電路，虛地電平調(diào)至電源電壓的中間值。采樣保持電路S/H的時鐘端與2個八位的鎖存器的時鐘端相連接。時鐘信號為0時，采樣保持電路S/H處于采樣狀態(tài)，其輸出電壓與輸入電壓相同； 時鐘信號變?yōu)?時，采樣保持電路S/H處于保持狀態(tài)，其輸出電壓保持在時鐘上升沿 時刻的值，稍后，A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器完成模數(shù)變換輸出數(shù)字信號；當(dāng)時鐘信號再次變?yōu)?0時，鎖存器在時鐘下降沿時刻保存數(shù)字信號，完成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換過程。 實施例3雙電源16位高速型模數(shù)轉(zhuǎn)換器雙電源16位高速型模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理結(jié)構(gòu)圖如圖19所示。雙電源16位高速型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由采樣保持電路S/H、 4個四位的四電源高速型 A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器、2個八位的鎖存器、4個穩(wěn)壓電源組成。4個四位的四電源高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器級聯(lián)連接，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其模擬信號 輸入與采樣保持電路S/H的輸出相連接，采樣保持電路S/H外接模擬輸入信號。4個四位的四電源高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器輸出的16位數(shù)字信號分別與2個八位 鎖存器的輸入相連接。4個穩(wěn)壓電源分別輸出二組正負(fù)電源電壓，給采樣保持電路S/H與A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換 器及鎖存器供電。采樣保持電路S/H的時鐘端與2個八位的鎖存器的時鐘端相連接。時鐘信號為0時，釆樣保持電路S/H處于采樣狀態(tài)，其輸出電壓與輸入電壓相同； 時鐘信號變?yōu)?時，采樣保持電路S/H處于保持狀態(tài)，其輸出電壓保持在時鐘上升沿時刻的值，稍后，A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器完成模數(shù)變換輸出數(shù)字信號；當(dāng)時鐘信號再次變?yōu)?0時，鎖存器在時鐘下降沿時刻保存數(shù)字信號，完成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換過程。
權(quán)利要求1.一種雙電源簡約型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，采用雙電源方式供電，有一個接地端(GND)、二個電源端即負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、一個模擬信號輸入端(AI)、一組n位數(shù)字信號輸出端(D1～Dn)、一個級聯(lián)信號輸出端(AO)；其特征在于n位雙電源簡約型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器由n個結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元級聯(lián)組成，每個簡約型AD轉(zhuǎn)換單元有一個接地端(GND)、二個電源端即負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、一個模擬信號輸入端、一位數(shù)字信號輸出端、一個級聯(lián)信號輸出端，如第i個AD轉(zhuǎn)換單元有一個接地端(GND)、二個電源端即負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、一個模擬信號輸入端(zai1)、一位數(shù)字信號輸出端(zdi2)、一個級聯(lián)信號輸出端(zai3)，第j＝i+1個AD轉(zhuǎn)換單元有一個接地端(GND)、二個電源端即負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、一個模擬信號輸入端(zaj1)、一位數(shù)字信號輸出端(zdj2)、一個級聯(lián)信號輸出端(zaj3)；第一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(za11)接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端(AI)，第i個AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端(zdi2)接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端(Di)，前一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端(zai3)與后一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(zaj1)相連接，第j個AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端(zdj2)接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端(Dj)，第n個即最后一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端(zan3)接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的級聯(lián)信號輸出端(AO)，n個AD轉(zhuǎn)換單元的接地端連接在一起并接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器接地端(GND)，n個AD轉(zhuǎn)換單元的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的正負(fù)電源端(+Vb)與(-Vb)；所述的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元由電壓比較器、電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器、2個阻值相同的電阻組成，如第i個AD轉(zhuǎn)換單元由電壓比較器Bi1、同相電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器Ai2、阻值均為R的電阻Ri1與Ri2組成；比較器Bi1的負(fù)輸入端接AD轉(zhuǎn)換單元的接地端(GND)，比較器Bi1的正輸入端接為AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(zai1)，比較器Bi1輸出模擬信號極性電壓、其輸出端與電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號輸入端連接，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的公共端接AD轉(zhuǎn)換單元的接地端(GND)，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號輸出端接為AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端(zdi2)，運放Ai2的正輸入端接AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(zai1)，運放Ai2的負(fù)輸入端通過電阻Ri1與比較器Bi1的輸出端相連接，電阻Ri2跨接在運放Ai2的輸出端與負(fù)輸入端之間，運放Ai2的輸出端接為AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端(zai3)，比較器Bi1與運放Ai2的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為AD轉(zhuǎn)換單元的正負(fù)電源端(+Vb)與(-Vb)。
2. 按權(quán)利要求1所述的雙電源簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的雙電源 簡約型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器集成在一個單片上作為一個單片A/D轉(zhuǎn)換器使用， 單片雙電源簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有5+n個引腳 一個接地端(GND)、 二個 電源端即負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、 一個模擬信號輸入端(AI)、 一組 n位數(shù)字信號輸出端(Dl Dn)、 一個級聯(lián)信號輸出端(AO),如4位的單片雙 電源簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有9個引腳 一個接地端(GND)、 二個電源端即 負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、 一個模擬信號輸入端(AI)、 一組4位數(shù)字 信號輸出端(D1 D4)、 一個級聯(lián)信號輸出端(AO)，而8位的單片雙電源簡約型 A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有13個引腳:一個接地端(GND)、二個電源端即負(fù)電源端(-Vb) 和正電源端(+Vb)、一個模擬信號輸入端(AI)、一組8位數(shù)字信號輸出端(Dl D8)、 一個級聯(lián)信號輸出端(AO)。
3. —種虛地式簡約型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，采用單電源方式供電，有一個虛地端(Sgnd)、 二個電源端即負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、 一個模擬信號輸入 端(AI)、 一組n位數(shù)字信號輸出端(Dl Dn)、 一個級聯(lián)信號輸出端(AO);其 特征在于n位虛地式簡約型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器由n個結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的虛 地式AD轉(zhuǎn)換單元級聯(lián)組成，每個虛地式AD轉(zhuǎn)換單元有一個虛地端(Sgnd)、 二 個電源端即負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、 一個模擬信號輸入端、 一位數(shù) 字信號輸出端、 一個級聯(lián)信號輸出端，如第i個AD轉(zhuǎn)換單元有一個虛地端(Sgnd)、 二個電源端即負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、 一個模擬信號輸入 端(zail)、 一位數(shù)字信號輸出端(zdi2)、 一個級聯(lián)信號輸出端(zai3)，第j-i+l 個AD轉(zhuǎn)換單元有一個虛地端(Sgnd)、 二個電源端即負(fù)電源端(-Vb)和正電源 端(+Vb)、 一個模擬信號輸入端(zajl)、 一位數(shù)字信號輸出端(zdj2)、 一個級聯(lián) 信號輸出端(zaj3);第一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(zall)接為A/D級 聯(lián)轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端(AI)，第i個AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端(zdi2) 接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端(DD，前一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號 輸出端(zai3)與后一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(zajl)相連接，第j個 AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端(zdj2)接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端(Dj)，第n個即最后一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端(zan3)接為A/D級聯(lián) 轉(zhuǎn)換器的級聯(lián)信號輸出端(AO)， n個AD轉(zhuǎn)換單元的虛地端連接在一起并接為 A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的虛地端(Sgnd)， n個AD轉(zhuǎn)換單元的正負(fù)電源端分別相連接并 分別接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的正負(fù)電源端(+Vb)與(-Vb)。所述的虛地式AD轉(zhuǎn) 換單元由電壓比較器、電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器、4個阻值相同的電阻組成， 如第i個AD轉(zhuǎn)換單元由電壓比較器Bil、同相電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器Ai2、 阻值均為R的電阻Ril與Ri2及Ri3與Ri4組成；電阻Ri3與Ri4串聯(lián)后兩端分 別接AD轉(zhuǎn)換單元的負(fù)電源端(-Vb)與正電源端(+Vb)、公共端接AD轉(zhuǎn)換單 元的虛地端(Sgnd)，比較器Bil的負(fù)輸入端接AD轉(zhuǎn)換單元的虛地端(Sgnd)， 比較器Bil的正輸入端接為AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(zail)，比較器Bil 輸出模擬信號極性電壓、其輸出端與電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號輸入端連接，電平轉(zhuǎn)換 環(huán)節(jié)的公共端接AD轉(zhuǎn)換單元的負(fù)電源端(-Vb)，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號輸出端接 為AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端(zdi2)，運放Ai2的正輸入端接AD轉(zhuǎn)換單元 的模擬信號輸入端(zail)，運放Ai2的負(fù)輸入端通過電阻Ril與比較器Bil的輸 出端相連接，電阻Ri2跨接在運放Ai2的輸出端與負(fù)輸入端之間，運放Ai2的輸 出端接為AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端(zai3)，比較器Bil與運放Ai2的正負(fù) 電源端分別相連接并分別接為AD轉(zhuǎn)換單元的正負(fù)電源端(+Vb)與(-Vb)。
4. 按權(quán)利要求3所述的虛地式簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的虛地式 簡約型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器集成在一個單片上作為一個單片A/D轉(zhuǎn)換器使用， 單片虛地式簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有5+n個引腳 一個虛地端(Sgnd)、 二個 電源端即負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、 一個模擬信號輸入端(AI)、 一組 n位數(shù)字信號輸出端(Dl Dn)、 一個級聯(lián)信號輸出端(AO)，如4位的單片虛 地式簡約型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有9個引腳 一個虛地端(Sgnd)、 二個電源端即 負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb)、 一個模擬信號輸入端(AI)、 一組4位數(shù)字 信號輸出端(D1 D4)、 一個級聯(lián)信號輸出端(AO)，而8位的單片虛地式簡約型 A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有13個引腳:一個虛地端(Sgnd)、二個電源端即負(fù)電源端(-Vb) 和正電源端(+Vb)、一個模擬信號輸入端(AI)、一組8位數(shù)字信號輸出端(Dl D8)、 一個級聯(lián)信號輸出端(AO)。
5. —種四電源高速型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，采用四電源方式供電，有一個接地端(GND)、四個電源端即負(fù)電源端(-Vb)與(-Vp)和正電源端(+Vb)與(+Vp)、一個模擬信號輸入端(AI)、 一組n位數(shù)字信號輸出端(Dl Dn)、 一個級聯(lián)信號 輸出端(AO),通常電源(-Vp)與(+Vp)的電壓大小為電源(-Vb)與(+Vb) 電壓的二倍以上；其特征在于n位四電源高速型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器由n個結(jié) 構(gòu)參數(shù)完全相同的高速型AD轉(zhuǎn)換單元級聯(lián)組成，每個高速型AD轉(zhuǎn)換單元有一 個接地端(GND)、四個電源端即負(fù)電源端(-Vb)與(-Vp)和正電源端(+Vb) 與(+Vp)、 一個模擬信號輸入端、 一位數(shù)字信號輸出端、 一個級聯(lián)信號輸出端， 如第i個AD轉(zhuǎn)換單元有一個接地端(GND)、四個電源端即負(fù)電源端(-Vb) 與(-Vp)和正電源端(+Vb)與(+Vp)、 一個模擬信號輸入端(zail)、 一位數(shù) 字信號輸出端(zdi2)、 一個級聯(lián)信號輸出端(zai3)，第j:i+l個AD轉(zhuǎn)換單元有 一個接地端(GND)、四個電源端即負(fù)電源端(-Vb)與(-Vp)和正電源端(+Vb) 與(+Vp)、 一個模擬信號輸入端(zajl)、 一位數(shù)字信號輸出端(zdj2)、 一個級聯(lián) 信號輸出端(zaj3);第一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(zall)接為A/D級 聯(lián)轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端(AI)，第i個AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端(zdi2) 接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端(Di)，前一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號 輸出端(zai3)與后一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(zajl)相連接，第j個 AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端(zdj2)接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端(Dj)，第n個即最后一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端(zan3)接為A/D級聯(lián) 轉(zhuǎn)換器的級聯(lián)信號輸出端(AO)， n個AD轉(zhuǎn)換單元的接地端連接在一起并接為 A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器接地端(GND)， n個AD轉(zhuǎn)換單元的二組正負(fù)電源端分別相連接 并分別接為A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的二組正負(fù)電源端(+Vb)與(+Vp)和(-Vb)與(-Vp)。 所述的高速型AD轉(zhuǎn)換單元由電壓比較器、反相電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器、6 個阻值相同的運算電阻、l個限流電阻及2個二極管組成，如第i個AD轉(zhuǎn)換單 元由電壓比較器Bil、反相電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器Ai2、阻值均為R的運算電 阻Ril、 Ri2、 Ri3、 Ri4a、 Ri4b、 Ri4c、限流電阻Ri0及二極管Dil、 Di2組成； 比較器Bil的正輸入端接AD轉(zhuǎn)換單元的接地端(GND)，比較器Bil的負(fù)輸入端 接為AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(zail)，比較器Bil的輸出端與反相電平轉(zhuǎn) 換環(huán)節(jié)的信號輸入端連接，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的公共端接AD轉(zhuǎn)換單元的接地端(GND)，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號輸出端接為AD轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字信號輸出端(zdi2)， 二極管Dil與Di2順向串聯(lián)后正負(fù)端分別接負(fù)電源端(-Vb)與正電源端(+Vb)、 其公共端通過電阻Ri0接比較器Bil的輸出端，電阻Ri0與二極管Dil及Di2組成限幅電路、其公共端輸出限幅的模擬信號極性電壓，運放Ai2的正輸入端接AD 轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入端(zail)，運放Ai2的負(fù)輸入端通過電阻Ri4a與Ri4b 及Ri4c并聯(lián)接地，電阻Ril與Ri2串聯(lián)后兩端分別接二極管Dil與Di2的公共端 與運放Ai2的輸出端、其公共端接為AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出端(zai3)，比 較器Bii與運放Ai2的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為AD轉(zhuǎn)換單元的正負(fù)電 源端(+Vp)與(-Vp)。
6. 按權(quán)利要求5所述的四電源高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的四電源 高速型模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器集成在一個單片上作為一個單片A/D轉(zhuǎn)換器使用， 單片四電源高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有7+n個引腳 一個接地端(GND)、四個 電源端即負(fù)電源端(-Vb)與(-Vp)和正電源端(+Vb)與(+Vp)、 一個模擬信 號輸入端(AI)、 一組n位數(shù)字信號輸出端(Dl Dn)、 一個級聯(lián)信號輸出端(AO)， 如:4位的單片四電源高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有11個引腳:一個接地端(GND)、 四個電源端即負(fù)電源端(-Vb)與(-Vp)和正電源端(+Vb)與(+Vp)、 一個模 擬信號輸入端(AI)、 一組4位數(shù)字信號輸出端(D1 D4)、 一個級聯(lián)信號輸出端(AO)，而8位的單片四電源高速型A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器共有15個引腳 一個接地 端(GND)、四個電源端即負(fù)電源端(-Vb)與(-Vp)和正電源端(+Vb)與(+Vp)、 一個模擬信號輸入端(AI)、 一組8位數(shù)字信號輸出端(D1 D8)、 一個級聯(lián)信號 輸出端(AO)。
7. 按權(quán)利要求1或權(quán)利要求3或權(quán)利要求5所述的AD轉(zhuǎn)換單元，其特征在于 所述的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元與虛地式AD轉(zhuǎn)換單元增加由1個限流電阻與2個二 極管組成的極性電壓限幅電路，成為極性電壓限幅輸出的簡約型AD轉(zhuǎn)換單元與 極性電壓限幅輸出的虛地式AD轉(zhuǎn)換單元，S卩電壓比較器極性輸出采用類似于 上述高速型AD轉(zhuǎn)換單元的電壓限幅輸出模式，極性電壓限幅輸出的簡約型AD 轉(zhuǎn)換單元的電源則采用四電源供電模式，而極性電壓限幅輸出的虛地式AD轉(zhuǎn)換單元的電源則采用三電源供電模式，運算放大器與電壓比較器使用負(fù)電源端 (-Vp )和正電源端(+Vp )供電，限幅電路使用負(fù)電源端(-Vb)和正電源端(+Vb ) 供電，通常電源(-Vp)與(+Vp)的電壓大小比電源(-Vb)與(+Vb)的電壓 要適當(dāng)高一些；所述的高速型AD轉(zhuǎn)換單元去掉1個限流電阻與2個二極管，成 為極性電壓直接輸出的高速型AD轉(zhuǎn)換單元，電壓比較器極性輸出采用類似于上 述簡約型AD轉(zhuǎn)換單元或虛地式AD轉(zhuǎn)換單元的直接電壓輸出模式，極性電壓直接輸出的AD轉(zhuǎn)換單元的電源仍采用四電源供電模式，運算放大器使用負(fù)電源端 (-Vp)和正電源端(+Vp)供電，電壓比較器使用負(fù)電源端(-Vb)和正電源端 (+Vb)供電，通常電源(-Vp)與(+Vp)的電壓大小為電源(-Vb)與(+Vb)電壓的二倍以上。
專利摘要本實用新型涉及三種模擬-數(shù)字(A/D)級聯(lián)轉(zhuǎn)換器，屬信號測量與處理及電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。模擬-數(shù)字級聯(lián)轉(zhuǎn)換器由結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的AD轉(zhuǎn)換單元級聯(lián)組成；前一個AD轉(zhuǎn)換單元的級聯(lián)信號輸出與后一個AD轉(zhuǎn)換單元的模擬信號輸入相連接，多個AD轉(zhuǎn)換單元級聯(lián)成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。而AD轉(zhuǎn)換單元由電壓比較器、電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、運算放大器及電阻組成，比較器完成模擬輸入信號的極性比較，電阻配合運放則完成殘差計算與放大功能，電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)用于實現(xiàn)模擬電路與數(shù)字電路接口的電平匹配。本A/D級聯(lián)轉(zhuǎn)換器具有殘差自動放大功能，有助于提高轉(zhuǎn)換器的有效分辨率。
文檔編號H03M1/34GK201219257SQ20082005754
公開日2009年4月8日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者明 葉, 霞 司, 張金龍, 明 朱, 江秋萍 申請人:上海大學(xué)