Adc電路、電能計量電路和電能計量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種ADC電路、電能計量電路和電能計量系統(tǒng)。其中，ADC電路包括開關電阻電路；第一運算放大器，其輸入端與開關電阻電路連接；第二運算放大器，其輸入端通過電阻與第一運算放大器的輸出端連接；量化器，其輸入端與第二運算放大器的輸出端連接，其輸出端用于輸出對第二運算放大器的輸出信號進行比較量化后的信號；數(shù)模轉換器模塊，其輸入端與量化器的輸出端連接，其輸出端反饋連接到第一運算放大器的輸入端和第二運算放大器的輸入端。本發(fā)明實施例的ADC電路的第一運算放大器與第二運算放大器之間通過電阻連接，二者之間的信號是連續(xù)傳輸?shù)模且环N連續(xù)時間的sigma-delta?ADC結構，能夠提高ADC電路的精度。
【專利說明】ADC電路、電能計量電路和電能計量系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電能計量領域，尤其涉及一種ADC電路、電能計量電路和電能計量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在電能計量領域,需要模數(shù)轉換器(英文:Analog to Digital Converter,縮寫:ADC)對輸入的模擬信號進行采集、放大、并轉換成數(shù)字信號供數(shù)字系統(tǒng)進行數(shù)字信號處理。
[0003]目前在電能計量領域的ADC主要有三種實現(xiàn)方式，其中第一種方式是將增益放大器(英文:Programable Gain Amplifier,縮寫:PGA)集成在 sigma delta ADC 的米樣電容中，通過調整采樣電容的大小實現(xiàn)不同的增益放大倍數(shù)。這種結構需要增加自舉升壓(bootstrap)電路對PMOS開關實施boost,以傳輸負電平信號；此外，通過調整電容的大小來實現(xiàn)不同的增益放大倍數(shù)，會造成ADC第一級積分器的環(huán)路帶寬降低，要達到合理帶寬要求，必須增加運放的功耗。
[0004]第二種方式是使輸入信號先通過一個連續(xù)時間的電阻型PGA實現(xiàn)對輸入增益的控制，同時將信號輸出到偏置在共模電壓，直接輸送給sigma delta ADC進行轉換。這種結構的ADC電路在輸入較大的負信號例如-1V時，開關無法關斷，會產(chǎn)生漏電，從而造成PGA輸出信號錯誤。
[0005]第三種方式是通過合理配置PGA和sigma delta ADC的增益實現(xiàn)零偏置輸入的功能，進而實現(xiàn)了降低對sigma delta ADC的第一級積分器的帶寬、功耗設計要求。但是,這種結構的ADC電路需要額外的展波運放，且額外PGA增加了噪聲源，需要增加濾波電路，從而增加了電路的復雜性。
[0006]以上三種實現(xiàn)方式的ADC電路結構均采用離散時間sigma delta ADC的結構，這種結構對轉換器內運放的帶寬要求較高(一般大于10倍)，功耗較大。此外，各通路輸入端需要一個對較大RC電路進行抗混疊，增加了芯片成本以及PCB的生產(chǎn)成本。另外,離散時間結構的ADC對運放的建立等要求較高，在實現(xiàn)高精度ADC時，需要選擇高性能的運放的需求。

【發(fā)明內容】

[0007]摶術問是頁
[0008]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術問題是，如何提高ADC電路的精度。
[0009]解決方案
[0010]為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供了一種模數(shù)轉換器ADC電路，包括:開關電阻電路；第一運算放大器，其輸入端與所述開關電阻電路連接；第二運算放大器，其輸入端通過電阻與所述第一運算放大器的輸出端連接；量化器，其輸入端與所述第二運算放大器的輸出端連接，其輸出端用于輸出對所述第二運算放大器的輸出信號進行比較量化后的信號；數(shù)模轉換器模塊，其輸入端與所述量化器的輸出端連接，其輸出端反饋連接到所述第一運算放大器的輸入端和所述第二運算放大器的輸入端。
[0011]對于上述ADC電路，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述開關電阻電路由兩個開關電阻陣列組成，所述開關電阻陣列包括:第一電阻，其一端連接待處理信號的輸出端，其另一端連接所述第一運算放大器的輸入端；至少一路開關電路，其包括第二電阻、第一開關和第二開關；所述第二電阻的一端與所述第一電阻的一端連接，所述第二電阻的另一端連接所述第一開關的第一端；所述第一開關的第二端接地，所述第一開關的第三端連接配置模塊的第一控制引腳；所述第二開關的第二端連接所述第二電阻的另一端，所述第二開關的第一端連接所述第一電阻的另一端，所述第二開關的第三端連接所述配置模塊的第二控制引腳。
[0012]對于上述ADC電路，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一運算放大器包括第一正向輸入端、第一反向輸入端、第一正向輸出端和第一反向輸出端，所述第一正向輸入端與一個所述開關電阻陣列連接，所述第一反向輸入端與另一個所述開關電阻陣列連接，所述第一正向輸入端與所述第一反向輸出端之間連接有電容，所述第一反向輸入端與所述第一運算放大器的第一正向輸出端之間連接有電容。
[0013]對于上述ADC電路，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第二運算放大器包括第二正向輸入端、第二反向輸入端、第二正向輸出端和第二反向輸出端，所述第二反向輸入端與所述第一反向輸出端之間連接有電阻，所述第二正向輸入端與所述第一正向輸出端之間連接有電阻，所述第二正向輸入端與所述第二反向輸出端之間連接有電容，所述第二反向輸入端與所述第二正向輸出端之間連接有電容。
[0014]對于上述ADC電路，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述量化器的第一輸入端與所述第二正向輸出端連接，所述量化器的第二輸入端與所述第二反向輸出端連接。
[0015]對于上述ADC電路，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述數(shù)模轉換器模塊包括兩個數(shù)模轉換電路，一個所述數(shù)模轉換器模塊的輸出端分別與所述第一正向輸入端以及所述第一反向輸入端連接，另一個所述數(shù)模轉換器模塊的輸出端分別與所述第二正向輸入端以及所述第二反向輸入端連接。
[0016]對于上述ADC電路，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一開關和/或所述第二開關為場效應管；所述第一開關和/或所述第二開關的第一端、第二端和第三端分別為所述場效應管的源極、漏極和柵極。
[0017]為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種電能計量電路，包括:電源、待測負載、第一采樣電阻和ADC電路；其中，所述電源、所述待測負載和所述第一采樣電阻串聯(lián)為一個回路；所述ADC電路與所述第一采樣電阻并聯(lián)；所述ADC電路采用本發(fā)明實施例中任意一種結構的ADC電路；所述第一采樣電阻的兩端分別與所述ADC電路的開關電阻電路的兩端連接。
[0018]為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種電能計量電路，包括:電源、待測負載、第二采樣電阻、第三采樣電阻、第四采樣電阻和ADC電路；其中，所述ADC電路采用本發(fā)明實施例中任意一種結構的ADC電路；所述第二采樣電阻的一端連接所述電源與所述待測負載的連接端，所述第二采樣電阻的另一端與所述第三采樣電阻的一端以及所述ADC電路的開關電阻電路的一端連接；所述第三采樣電阻的另一端接地；所述第四采樣電阻的一端與所述ADC電路的開關電阻電路的另一端連接，所述第四采樣電阻的另一端接地。
[0019]為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種電能計量系統(tǒng)，包括:電流計量電路和電壓計量電路；其中，所述電流計量電路采用本發(fā)明實施例中任意一種結構的電能計量電路；所述電壓計量電路采用本發(fā)明實施例中任意一種結構的的電能計量電路。
[0020]有益.效果
[0021]本發(fā)明實施例的ADC電路的第一運算放大器與第二運算放大器之間通過電阻連接，二者之間的信號是連續(xù)傳輸?shù)?，是一種連續(xù)時間的sigma-delta ADC結構，能夠提高ADC電路的精度。此外，本發(fā)明實施例的ADC電路中第一運算放大器和開關電阻電路能夠實現(xiàn)增益放大運放(PGA)的功能，無需采用獨立的PGA，避免了 PGA所引入的噪聲，并且減少了采用的運放、電阻和電容的數(shù)量，可以節(jié)省芯片成本。
[0022]根據(jù)下面參考附圖對示例性實施例的詳細說明，本發(fā)明的其它特征及方面將變得清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]包含在說明書中并且構成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本發(fā)明的示例性實施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。
[0024]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的模數(shù)轉換器ADC電路的結構框圖；
[0025]圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的模數(shù)轉換器ADC電路的具體電路圖；
[0026]圖3a示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的模數(shù)轉換器ADC電路的開關電阻陣列與配置模塊連接關系的電路示意圖；
[0027]圖3b示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的數(shù)模轉換電路的具體電路圖；
[0028]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的電能計量電路的示意圖；
[0029]圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電能計量電路的示意圖；
[0030]圖6示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的電能計量系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]以下將參考附圖詳細說明本發(fā)明的各種示例性實施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
[0032]在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。
[0033]另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體細節(jié)。本領域技術人員應當理解，沒有某些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在一些實例中，對于本領域技術人員熟知的方法、手段、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0034]實施例1
[0035]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的模數(shù)轉換器ADC電路的結構框圖。如圖1所示，該ADC電路主要包括:開關電阻電路110、第一運算放大器120、第二運算放大器130、量化器140、以及數(shù)模轉換器模塊150。其中，第一運算放大器120的輸入端與開關電阻電路110連接，第二運算放大器130的輸入端通過電阻160與第一運算放大器120的輸出端連接，量化器140的輸入端與第二運算放大器130的輸出端連接,量化器140的輸出端用于輸出對所述第二運算放大器的輸出信號進行比較量化后的信號，數(shù)模轉換器模塊150的輸入端與量化器140的輸出端連接，數(shù)模轉換器模塊150的輸出端反饋連接到第一運算放大器120的輸入端和第二運算放大器130的輸入端。
[0036]在一種可能的實現(xiàn)方式中，開關電阻電路110可以由兩個開關電阻陣列組成，通過控制開關電阻陣列的開關斷開或閉合，能夠實現(xiàn)不同倍數(shù)的增益。
[0037]本實施例的ADC電路的第一運算放大器與第二運算放大器之間通過電阻連接，二者之間的信號是連續(xù)傳輸?shù)?，是一種連續(xù)時間的sigma-delta ADC結構，能夠提高ADC電路的精度。此外，本實施例的ADC電路中第一運算放大器和開關電阻電路能夠實現(xiàn)增益放大運放(PGA)的功能，無需采用獨立的PGA，避免了 PGA所引入的噪聲，并且減少了采用的運放、電阻和電容的數(shù)量，可以節(jié)省芯片成本。
[0038]實施例2
[0039]圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的模數(shù)轉換器ADC電路的具體電路圖。圖2中標號與圖1相同的組件具有相同的功能，為簡明起見，省略對這些組件的詳細說明。
[0040]在一種可能的實現(xiàn)方式中，圖2所示的ADC電路的開關電阻電路110由兩個開關電阻陣列111、112組成，其中，開關電阻陣列111和開關電阻陣列112可以為結構相同的模塊。
[0041]如圖3a所示，開關電阻陣列111、112可以包括:第一電阻310和四路開關電路。其中，第一電阻310的 一端A連接待處理信號的輸出端，另一端B連接第一運算放大器120的輸入端。四路開關電路可以為結構相同的模塊，各路開關電路可以均包括一個電阻和兩個開關。具體地，以一路開關電路為例，該開關電路包括一個第二電阻320和兩個開關321、322，其中，第二電阻320的一端A與第一電阻310的一端A連接，第二電阻320的另一端B連接第一開關321的第一端S ;第一開關321的第二端D接地，第一開關321的第三端G連接配置模塊的第一控制引腳；第二開關322的第二端D連接第二電阻320的另一端B，第二開關322的第一端S連接所述第一電阻310的另一端B，第二開關322的第三端G連接配置模塊的第二控制引腳。
[0042]配置模塊與開關電阻電路110的連接關系示意圖如圖3a所示，為了更清楚簡潔的描述配置模塊與開關電阻電路110的連接關系，圖3a僅以一路開關電路為例，另外3路開關電路與配置模塊的連接關系與圖3a所述的連接關系一致。配置模塊的第一控制引腳可以為SELB引腳，第二控制引腳可以為SEL引腳，該配置模塊通過控制EN引腳以及S〈1_0>引腳的信號，給SELB引腳和SEL引腳配置相應的值，從而可以控制四路開關電路中各組開關的是否選通，從而可以實現(xiàn)不同倍數(shù)的增益。EN引腳以及S〈l-0>引腳的值與增益的關系可以如表1所示。
[0043]表1 EN引腳以及S〈1_0>引腳的值與增益的關系
[0044]

EN |S〈1-0> I 增益
0 3<X 16
【權利要求】
1.一種模數(shù)轉換器ADC電路,其特征在于,包括: 開關電阻電路； 第一運算放大器，其輸入端與所述開關電阻電路連接； 第二運算放大器，其輸入端通過電阻與所述第一運算放大器的輸出端連接； 量化器，其輸入端與所述第二運算放大器的輸出端連接，其輸出端用于輸出對所述第二運算放大器的輸出信號進行比較量化后的信號； 數(shù)模轉換器模塊，其輸入端與所述量化器的輸出端連接，其輸出端反饋連接到所述第一運算放大器的輸入端和所述第二運算放大器的輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的ADC電路，其特征在于，所述開關電阻電路由兩個開關電阻陣列組成，所述開關電阻陣列包括: 第一電阻，其一端連接待處理信號的輸出端，其另一端連接所述第一運算放大器的輸入端;
至少一路開關電路，其包括第二電阻、第一開關和第二開關；所述第二電阻的一端與所述第一電阻的一端連接，所述第二電阻的另一端連接所述第一開關的第一端；所述第一開關的第二端接地，所述第一開關的第三端連接配置模塊的第一控制引腳；所述第二開關的第二端連接所述第二電阻的另一端，所述第二開關的第一端連接所述第一電阻的另一端，所述第二開關的第三端連接所述配置模塊的第二控制引腳。
3.根據(jù)權利要求2所述的ADC電路，其特征在于， 所述第一運算放大器包括第一正向輸入端、第一反向輸入端、第一正向輸出端和第一反向輸出端，所述第一正向輸入端與一個所述開關電阻陣列連接，所述第一反向輸入端與另一個所述開關電阻陣列連接，所述第一正向輸入端與所述第一反向輸出端之間連接有電容，所述第一反向輸入端與所述第一運算放大器的第一正向輸出端之間連接有電容。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的ADC電路，其特征在于， 所述第二運算放大器包括第二正向輸入端、第二反向輸入端、第二正向輸出端和第二反向輸出端，所述第二反向輸入端與所述第一反向輸出端之間連接有電阻，所述第二正向輸入端與所述第一正向輸出端之間連接有電阻，所述第二正向輸入端與所述第二反向輸出端之間連接有電容，所述第二反向輸入端與所述第二正向輸出端之間連接有電容。
5.根據(jù)權利要求4所述的ADC電路，其特征在于，所述量化器的第一輸入端與所述第二正向輸出端連接，所述量化器的第二輸入端與所述第二反向輸出端連接。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的ADC電路，其特征在于，所述數(shù)模轉換器模塊包括兩個數(shù)模轉換電路，一個所述數(shù)模轉換電路的輸出端分別與所述第一正向輸入端以及所述第一反向輸入端連接，另一個所述數(shù)模轉換電路的輸出端分別與所述第二正向輸入端以及所述第二反向輸入端連接。
7.根據(jù)權利要求2至6中任一項所述的ADC電路，其特征在于，所述第一開關和/或所述第二開關為場效應管； 所述第一開關和/或所述第二開關的第一端、第二端和第三端分別為所述場效應管的源極、漏極和柵極。
8.一種電能計量電路，其特征在于，包括: 電源、待測負載、第一采樣電阻和ADC電路；其中，所述電源、所述待測負載和所述第一采樣電阻串聯(lián)為一個回路； 所述ADC電路與所述第一采樣電阻并聯(lián)； 所述ADC電路采用如權利要求1至7中任一項所述的ADC電路； 所述第一采樣電阻的兩端分別與所述ADC電路的開關電阻電路的兩端連接。
9.一種電能計量電路，其特征在于，包括: 電源、待測負載、第二采樣電阻、第三采樣電阻、第四采樣電阻和ADC電路； 其中，所述ADC電路采用如權利要求1至7中任一項所述的ADC電路； 所述第二采樣電阻的一端連接所述電源與所述待測負載的連接端，所述第二采樣電阻的另一端與所述第三采樣電阻的一端以及所述ADC電路的開關電阻電路的一端連接；所述第三采樣電阻的另一端接地；所述第四采樣電阻的一端與所述ADC電路的開關電阻電路的另一端連接，所述第四采樣電阻的另一端接地。
10.一種電能計量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 電流計量電路和電壓計量電路； 其中，所述電流計量電路采用權利要求8所述的電能計量電路； 所述電壓計量電路采用權利要求9所述的電能計量電路。
【文檔編號】H03M3/00GK103647557SQ201310603166
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權日:2013年11月25日
【發(fā)明者】郭書苞, 商忠志, 尹德楊 申請人:華為技術有限公司