基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式adc及dac的制作方法
【專利摘要】一種基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，用電壓跟隨開關(guān)作為信號開關(guān)，傳遞信號或阻斷信號。電壓跟隨開關(guān)由電壓跟隨器和電源回路開關(guān)兩大模塊組成，電源回路開關(guān)是置于該跟隨器工作電源回路上的電子裝置，可以通過開關(guān)控制信號控制其通斷，從而控制其跟隨器信號回路的通斷。利用集成運(yùn)放跟隨器的特性，使得該開關(guān)在信號通時(shí)接近于理想化導(dǎo)通，在信號斷時(shí)相當(dāng)于電阻無窮大。跟隨開關(guān)應(yīng)用于ADC和DAC，可以構(gòu)成基于跟隨開關(guān)的m級＊q位等電阻鏈?zhǔn)紸DC、m級＊q位等電阻鏈?zhǔn)紻AC、兩級對數(shù)電阻鏈?zhǔn)紸DC、兩級對數(shù)電阻鏈?zhǔn)紻AC、多級對數(shù)電阻鏈?zhǔn)紸DC、多級對數(shù)電阻鏈?zhǔn)紻AC、數(shù)字式對數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字式反對數(shù)轉(zhuǎn)換器。
【專利說明】基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:本發(fā)明屬于數(shù)字通信、數(shù)字開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器范疇。
[0002]【背景技術(shù)】:A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)展了 30多年，經(jīng)歷了多次的技術(shù)革新，從并行、逐次逼近型、積分型ADC，到近年來新發(fā)展起來的Σ -Δ型和流水線型ADC，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)，能滿足不同的應(yīng)用場合的使用。
[0003]逐次逼近型、積分型、壓頻變換型等，主要應(yīng)用于中速或較低速、中等精度的數(shù)據(jù)采集和智能儀器中。分級型和流水線型ADC主要應(yīng)用于高速情況下的瞬態(tài)信號處理、快速波形存儲與記錄、高速數(shù)據(jù)采集、視頻信號量化及高速數(shù)字通訊技術(shù)等領(lǐng)域。此外，采用脈動型和折疊型等結(jié)構(gòu)的高速ADC，可應(yīng)用于廣播衛(wèi)星中的基帶解調(diào)等方面。Σ -Δ型ADC主應(yīng)用于高精度數(shù)據(jù)采集特別是數(shù)字音響系統(tǒng)、多媒體、地震勘探儀器、聲納等電子測量領(lǐng)域。聞速聞位的ADC是最如端技術(shù)，本發(fā)明提出了一種新型的聞速聞位的ADC。
[0004]DAC有很多種，由于電流源型DAC的誤差小些，所以成為當(dāng)前DAC制造主流，有:二進(jìn)制電流源加權(quán)型、單位電流源型、分段電流舵型等，然而目前無論哪種DAC，其基本原理本
質(zhì)上是權(quán)電流法:將數(shù)字 信號變成不同的權(quán)(fd1，〗2，〗3，......) Iimit電流，然后再疊加并
經(jīng)過運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。本發(fā)明提出了無需權(quán)電流的DAC。
[0005]本發(fā)明先作出一些預(yù)先說明:
[0006]?集成運(yùn)算放大器(簡稱集成運(yùn)放)的同相輸入端簡稱同相端，反相輸入端簡稱反相端。
[0007]?電壓跟隨器(簡稱跟隨器)是由集成運(yùn)放連接而成的電路，將集成運(yùn)放的反相端與輸出端短接后，成為跟隨器，根據(jù)電子技術(shù)知識可知，信號從同相端輸入，輸出端的電壓會精確跟隨并等于輸入信號，信號電壓從輸入端至輸出端的電壓降極小(可小于ιο_8ν)，從工程角度說是零電壓降或?qū)娮璧扔诹悖煌瑫r(shí)，輸入電阻極大(可達(dá)109Ω)，從工程角度說是輸入電阻等于無窮大。
[0008]?電壓跟隨開關(guān)(簡稱跟隨開關(guān))的輸入、輸出信號電壓存在著有效區(qū)間，本文中所有信號電壓都處于有效區(qū)間。
[0009]?臨界開關(guān)SAg符號的意思為第λ級第g階臨界開關(guān)；
[0010]?為了描述簡明，約定用正邏輯，高電位用“ I”表示，低電位用“O”表示；約定在比較器中，被測信號大于參考電壓時(shí)，輸出為“I”；實(shí)際上，可以推廣到不同的約定；
[0011]?將本發(fā)明的對數(shù)壓擴(kuò)律的多級并行式超高速ADC及DAC分別簡稱為對數(shù)ADC及對數(shù)DAC，將對數(shù)ADC及對數(shù)DAC合稱為對數(shù)ADDA ;將對數(shù)ADC、對數(shù)DAC、對數(shù)ADDA的子級分別簡稱為子級ADC、子級DAC、子級ADDA，兩級或兩級以上子級稱多級；對數(shù)ADDA由多級子級ADDA構(gòu)成；對數(shù)ADC、對數(shù)DAC、對數(shù)ADDA、子級ADC、子級DAC、子級ADDA的符號分別為 AD##、DA##、A##D、AD#、DA#、A#D ；
[0012]?用λ通配α、β、y…；其α、β、y…實(shí)際上就是1、2、3...,為了避免編號沖突而采用的方法；α級、β級、Y級…表示第I級、第2級、第3級…，m級為末級；λ級轉(zhuǎn)換位數(shù)為q λ ； μ = λ+l表示λ的次級；
[0013].α級為最大級，SP α級對應(yīng)著N位二進(jìn)制數(shù)的最高的qa位，β級、Y級…對應(yīng)的位數(shù)依次減小#抄_ = 4級* 3位=12位，α級Da2DaPatl三位對應(yīng)著最高的D11DltlD9位，β級三位D02DeiDeci對應(yīng)著次高的D8D7D6位，……
[0014]?級電位開關(guān)JDWKG包括多路開關(guān)DLKG和臨界開關(guān)組U KGZ兩類，這兩類開關(guān)是可以等效置換的，所以如果某個(gè)地方描述了其中的一類開關(guān)，也就是描述了另一類開關(guān)。
[0015]?對于對數(shù)ADC而言，UAy為第λ級輸入的正向波動模擬電壓信號，以下簡稱輸入電壓UAy，而交流模擬電壓信號僅出現(xiàn)在第α級的前置電路之前，用小寫的uay表示；以級電位VXG為橋梁,輸入電壓UAy轉(zhuǎn)換為級電位VAe進(jìn)而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號Da (q-1)***DA0;
[0016]?對于對數(shù)DAC而言，第λ級數(shù)字信號DA((rl)-DACI轉(zhuǎn)換為級電位，級電位經(jīng)過比例縮減后就是輸出正向模擬電壓信號，簡稱輸出電壓；
[0017]?輸入電壓和輸出電壓合稱為模擬電壓；
[0018]?一個(gè)子級全 并行式ADC以下簡稱并行器，采樣保持器簡稱采保器CB。
[0019]?具體電路是不勝枚舉的，本發(fā)明中的電路實(shí)現(xiàn)過程只是舉例；
[0020]?下標(biāo)不改變符號的性質(zhì)，如CB是采保器，CB0仍然是采保器，下標(biāo)e只是級別注腳；下標(biāo)(Q-1)~O表示第(Q-1)階~O階；下標(biāo)(T-1)~O表示第(T-1)階~O階；下標(biāo)(q-Ι)~O表示第(q_l)位~O位；下標(biāo)(t_l)~O表示第(t_l)位~O位；下標(biāo)a、β、Y表示級；
[0021]?虛線框框住的電路為一個(gè)模塊，虛線框角上有一個(gè)模塊名。
[0022]?如果一個(gè)被定義過的符號如V1在后面某處重新進(jìn)行了定義，則從該處起執(zhí)行新定義;
[0023]發(fā)明申請內(nèi)容:
[0024]一種基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其特征是用電壓跟隨開關(guān)作為信號開關(guān)，傳遞信號或阻斷信號，電壓跟隨開關(guān)由電壓跟隨器(簡稱跟隨器)和電源回路開關(guān)(簡稱電源開關(guān))兩大模塊組成，電源開關(guān)是置于該跟隨器工作電源回路(簡稱電源回路)上的電子裝置，可以通過開關(guān)控制信號(簡稱控制字)控制該跟隨器電源回路的通斷。
[0025]該跟隨器在工作電源被接通(簡稱電源通)的狀態(tài)下處于電壓跟隨狀態(tài)，信號從同相端輸入，其輸出端的電壓會精確等于其同相端的電壓，使輸入端的信號傳送到輸出端(簡稱信號通)，信號通時(shí)電壓降極小(可小于10_8v)，從電子技術(shù)角度說可視為零電壓降或?qū)娮璧扔诹悖咏诶硐牖亩搪穼?dǎo)通；跟隨器在工作電源被切斷(簡稱電源斷)的狀態(tài)下，其輸出端就與其同相端呈信號阻斷狀態(tài)(簡稱信號斷)，信號斷時(shí)輸出端與其同相端電阻值極大(可達(dá)IO9 Ω )，從電子技術(shù)角度說可視為電阻等于無窮大，接近于理想化的關(guān)斷，
[0026]跟隨開關(guān)在電源通時(shí)信號通，電源斷時(shí)信號斷，所以，跟隨開關(guān)可以通過控制字來控制其跟隨器電源回路的通斷，從而控制其跟隨器信號回路的通斷。
[0027]通過對電源開關(guān)控制邏輯的設(shè)計(jì)，可以將跟隨開關(guān)構(gòu)造成臨界開關(guān)SAg，臨界開關(guān)SAg的邏輯關(guān)系為:當(dāng)IAg = O或I λ (g+1) = I時(shí)，臨界開關(guān)SAg信號斷；只有處于臨界狀態(tài)時(shí)，g卩，當(dāng)IAg = I且IA(g+1) = O時(shí)，臨界開關(guān)SAg信號通；SAg包括后述的SAgl、SAg2和SAg3等多種構(gòu)造的臨界開關(guān)。
[0028]一組臨界開關(guān)構(gòu)成級電位開關(guān)，級電位開關(guān)JDWKGa包括臨界開關(guān)組(UKGZa)和多路臨界開關(guān)(簡稱多路開關(guān)DLKGa)，臨界開關(guān)組是將一組臨界開關(guān)的輸出端并聯(lián)成公共端，這些臨界開關(guān)所有的輸入端構(gòu)成臨界開關(guān)組的輸入端組，通過控制字直接選通其中的一個(gè)輸入端為選通端；多路開關(guān)是由一個(gè)解碼器與一個(gè)臨界開關(guān)組構(gòu)成，先通過解碼器將數(shù)字信號解碼成控制字后，再通過控制字選通其中的一個(gè)輸入端為選通端；
[0029]跟隨開關(guān)應(yīng)用于ADC和DAC，可以構(gòu)成基于跟隨開關(guān)的m級* q位等電阻鏈?zhǔn)紸DC、m級* q位等電阻鏈?zhǔn)紻AC、兩級對數(shù)電阻鏈?zhǔn)紸DC、兩級對數(shù)電阻鏈?zhǔn)紻AC、多級對數(shù)電阻鏈?zhǔn)紸DC、多級對數(shù)電阻鏈?zhǔn)紻AC、數(shù)字式對數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字式反對數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0030]實(shí)施例(其編號與【專利附圖】

【附圖說明】編號相對應(yīng))
[0031]實(shí)施例1.1--臨界開關(guān)。當(dāng)IAg = 0或Ιλ(8+1) = I時(shí)，臨界開關(guān)SAg信號斷；
只有當(dāng)Ixg=I且Ιλ (g+1) = O時(shí)，臨界開關(guān)SAg信號通；SAg包括后述的SAgl、SAg2和SAg3等多種構(gòu)造的臨界開關(guān)。選通點(diǎn)SAe的電位為第λ級第G階電位VAe，稱為第λ級的級電位
V“。
[0032]實(shí)施例1.2.1--SAgl類無損臨界開關(guān)。其中集成運(yùn)放，反相端與輸出端短接而
成為跟隨器。將三極管VT1、VT3、VT0和VT2安裝在AAg的電源回路上，只有當(dāng)IAg= I且IA(g+1) =0時(shí)，AAg電源通(解釋:當(dāng)IAg= I使VTl和VT3飽和導(dǎo)通，并且IA(g+1) =0使VTO和VT2飽和導(dǎo)通時(shí)，使AAg電源通)，使Aas信號通；反之，只要Ixg = O或IA(g+1) = 1，都會有AAg電源斷(解釋:只要IAg = 0就會使VTl和VT3截止，同樣，只要IMg+1) = I就會使VTO和VT2截止)，這 時(shí)AAg無放大作用，又由于同相端輸入電阻極大，所以AAg信號斷。
[0033]為了簡化電路，VTO和VT2可以任意短路一個(gè)，VTl和VT3也可以任意短路一個(gè)。
[0034]實(shí)施例1.2.2---SAg2類無損臨界開關(guān)。其中AAg為電壓跟隨器，將三極管VT4、
VT5、VT6、VT7、VT8、VT9安裝在AAg的電源回路上，同樣只有當(dāng)Ixg=I且IA(g+1) = O時(shí)，AAg電源通(解釋:當(dāng)I λ g = I使VT6和VT9飽和導(dǎo)通，同時(shí)有I λ (g+1) = O使VT5和VT8截止，從而使VT4和VT7飽和導(dǎo)通)，使AAg信號通；反之，只要Ixg = O或IA(g+1) = l，AAg都會電源斷(解釋:只要I λ g = O就會使VT6和VT9截止，同樣，只要I λ (g+1) = I就會使VT5和VT8飽和導(dǎo)通，集電極電位V5e和V8c為低，從而使VT4和VT7截止)，使AAg信號斷。
[0035]為了簡化電路，VT6和VT9可以任意短路一個(gè)，VT4和VT7也可以任意短路一個(gè).[0036]實(shí)施例1.2.3—廣義的無損臨界開關(guān)(SAg3類)。因?yàn)榭刂艫Ag電源通斷的電源開關(guān)可以有多種設(shè)計(jì)，所以廣義的定義，KSl和KS3為高電位導(dǎo)通電源開關(guān)，KSO和KS2為低電位導(dǎo)通電源開關(guān)，只有當(dāng)I Ag = I且I λ (g+1) = O時(shí)，使KSl和KS3導(dǎo)通，并且使KSO和KS2導(dǎo)通,才可以使Αλ8電源通,使Αλ8信號通；反之,只要IAg = O或IA(g+i) = I，都會使使KSl和KS3截止或使KSO和KS2截止，會使得AAg電源斷，所以AAg信號斷。
[0037]實(shí)施例1.2.4q位多路開關(guān)。其中Saci~Sa (的)為第λ級O階~(Q-1)階臨界開關(guān)，框住這些臨界開關(guān)的方框標(biāo)記為第λ級臨界開關(guān)組UKGZA ;νλ(ι~νλ((Μ)為第λ級O階~(Q-1)階輸入端電位；Ia(!~Ιλ ttH)為第λ級O階~(Q-1)階控制字；dA(l~dA ((rl)為第λ級多路開關(guān)的控制端。解碼器JMa將控制端的數(shù)字信號解碼為第λ級O階~(Q-1)階控制字Ιλ(!~Ιλ (Q-1)，得到第O階~(Q-1)階輸入端電位(!~Vxtthl)的選通端。
[0038]實(shí)施例2.1—基于跟隨開關(guān)的m級* q位等電阻式對數(shù)ADC。為了簡明的解釋原理，該例和實(shí)施例3.1中所有子級都采用q位，而理論上各級可以是不同的位數(shù)；原始輸入交流信號Uay經(jīng)過前置電路QZDL處理后，成為第α級輸入電壓Uay;第λ級輸入電壓UAy的范圍為0~Vp，第λ級子級AD#a對第λ級輸入電壓UAy進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，由四大模塊及過程完成:
[0039]1、級電位VAe形成模塊；Q = 2%第λ級并行器的分壓電阻鏈Ra ((Μ)~Raci形成第入級電位參考點(diǎn)νλ((Μ) ~VA(I，對應(yīng)接到并行器中比較器Ca _)~Cai的反相端，第λ級輸入電壓UAy接到并行器中比較器Ca ((Μ)~Ca i的同相端，與電位參考點(diǎn)Va ((Μ)~Vaq進(jìn)4丁比較，得到弟λ級比較值I λ (?Η)~I λ丨為I a (q-d~I a (G+i) = 0，Ιλ<；~Ιλ? = I，！Ag為恒O值，Ιλ。為恒I值，即得知 V λ (G+1)〉υλy > vAe，形成級電位為νλ(；令比較值I
λ (Q-1) I λ I
通過編碼器BMa進(jìn)行編碼后，得到級電位VAe的數(shù)字輸出值為Da ( 1)~Daci ;至此，以級電位Vw為橋梁，輸入電壓υλ?轉(zhuǎn)換為級電位νλ(；進(jìn)而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號Dx (,-!,---Dxo ；
[0040]2、級電位VAe取出模塊;AD##中，除了末級以外，都需要將級電位VAe取出為進(jìn)行下級轉(zhuǎn)換作準(zhǔn)備；完成該項(xiàng)工作的模塊就是級電位開關(guān)，包括臨界開關(guān)組UKGZa和多路開關(guān)DLKGa兩類，參考電位點(diǎn)Va (Q_n~ νλ(ι逐個(gè)與開關(guān)點(diǎn)Sa ((Μ)~Saci進(jìn)行算術(shù)連接；AD#a中的虛線框UKGZa框住的為臨界開關(guān)組符號圖，通過前述的臨界開關(guān)的選通控制，確定選通點(diǎn)SAe;AD#e中的實(shí)線框DLKGe框住的為多路開關(guān)符號圖，通過前述的多路開關(guān)的選通控制，確定選通點(diǎn)SAe;AD#Y中的實(shí)線框JDWKGy框住的器件組包含了多路開關(guān)和臨界開關(guān)組兩種符號圖，通配兩類開關(guān)，通過前述的兩類開關(guān)的選通控制，確定選通點(diǎn)SAe;選通點(diǎn)Sac對應(yīng)于級電位Va e。
[0041]3、級間運(yùn)算模塊。第λ級的輸入電壓UAy經(jīng)過第λ級采保器CBa后成為穩(wěn)態(tài)電壓U’ Ay，級間采保器CBa的作用是使各子級的輸入電壓在一個(gè)采樣周期內(nèi)獨(dú)立和穩(wěn)定，從而使m個(gè)子級能夠并行運(yùn)行，形成流水線式轉(zhuǎn)換。取出級電位的目的是進(jìn)行下一級的轉(zhuǎn)換，設(shè)每個(gè)子級轉(zhuǎn)換位數(shù)都為q位，Q = 2%電阻鏈將電壓Vp分為Q等分，每等分電壓Λ V為固定值A(chǔ)V = Vp/Q;級電位VAe是小于并最接近于輸入電壓UAy的參考電位點(diǎn)，在第λ級的測量精度以內(nèi)，認(rèn)為Vw = υλ?,由求和器Σ λ完成求尾數(shù)電壓運(yùn)算UAx = UAy-VAe，尾數(shù)電SUax的范圍為O~Λ V，再由放大器FDa將尾數(shù)電壓信號放大Q倍，得到υ(λ+1)? = Uuy = Q* Uax，所以Uliy的范圍擴(kuò)大至滿量程O~Vp，成為第μ級的輸入電壓，進(jìn)入μ級ADCli進(jìn)行高一級精度的測量和轉(zhuǎn)換。
[0042]4、對數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，該例的對數(shù)轉(zhuǎn)換模塊有模擬式轉(zhuǎn)換和數(shù)字式轉(zhuǎn)換兩種，數(shù)字式轉(zhuǎn)換的前提是將總輸入電壓Uay轉(zhuǎn)換成了高位數(shù)等量化間距的數(shù)字信號，然后將該高位數(shù)字信號通過對數(shù)查表器轉(zhuǎn)換成低位數(shù)對數(shù)量化間距的數(shù)字信號；模擬式轉(zhuǎn)換是在第α級輸入前，用模擬式對數(shù)轉(zhuǎn)換器將線性輸入電壓轉(zhuǎn)換成對數(shù)輸入電壓，而ADC實(shí)際上是將對數(shù)輸入電壓轉(zhuǎn)換成了對數(shù)量化間距數(shù)字信號；
[0043]實(shí)施例2.2——前置電路QZDL的T作原理:當(dāng)采樣執(zhí)行信號到來時(shí)，令采保器CB對原始輸入交流信號Uay進(jìn)行采保，得到一個(gè)在采樣周期內(nèi)保持固定的交流采保信號ug;正負(fù)判別器ZFPx對Ug進(jìn)行極性判別與處理，當(dāng)Ug > O時(shí)，令極性寄存器Dx = 0，ZFPx的判別輸出信號Ug = ug，當(dāng)Ug < O時(shí)，令Dx = I，Ug = -ug,所以，Ug只有正極性Ug = I Ug I，稱正輸入電壓Ug ;模擬對數(shù)壓縮律模塊LOG是可選項(xiàng)，當(dāng)采用模擬式壓縮技術(shù)時(shí)需要LOG模塊(LOG模塊有成熟技術(shù)，不贅述，本文說到對數(shù)律壓縮時(shí)包括作為對數(shù)近似壓縮律的A壓縮律和μ壓縮律)，這時(shí)第α級輸入電壓Uay等于Ug的對數(shù)壓縮律，在等間隔AD轉(zhuǎn)換后得到的是對數(shù)壓縮律的數(shù)字信號；當(dāng)不采用LOG模塊時(shí)Uay = Ug, AD轉(zhuǎn)換為線性的；
[0044]實(shí)施例2.3——信號正負(fù)判別器工作原理[0045]當(dāng)Ug為正時(shí)，YFa為低電位，Dx= O, Sx上撥使Ug直接輸出至Ug ；RC5 = Rc6使YFb放大倍數(shù)等于負(fù)1，當(dāng)Ug為負(fù)時(shí)，YFa為高電位，Dx = 1，Sx下?lián)苁筓g通過YFb反相輸出至Ug ；
[0046]實(shí)施例3.1—基于跟隨開關(guān)的m級* q位等電阻式對數(shù)DAC。
[0047]N位數(shù)字信號按m級* q位分配如下:
[0048](DU、...、D0) — (Dα (Y1)> …、Dα0)、(D0 μ)、…、Deo)、***> (Dm(q-1)^...、Dm0)，D 對
d輸送到對應(yīng)的級電位開關(guān)控制端:(da ((rl)、…、da(l)、((1β ((rl)、…、de(l)、…、((ImCrl)'…、
dmo)，
[0049]第λ級子級DACa對第λ級數(shù)字信號(Da ((rl)、…、Dao)進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換由四大模塊完成:
[0050]1、級電位νλ(；形成模塊。Q = 2%第λ級并行器的分壓電阻鏈RMq_d~Raci (先不包括半階電阻U形成第 λ級電位參考點(diǎn)νλ((Μ)~Vaci，接收到數(shù)字信號φλ ((rl)、…、Dao)后，對應(yīng)于數(shù)字信號的參考電位點(diǎn)νλ(;為級電位；
[0051]2、級電位VAe取出模塊。需要將每個(gè)級的級電位VAe取出，為求取每級的輸出電壓νφψ做準(zhǔn)備；與實(shí)施例2.1中的級電位VAe取出模塊及過程相同；
[0052]3、級間運(yùn)算模塊。級電位νλ(；與輸出電壓Vtcv及縮減倍數(shù)Ψλ三者關(guān)系為=Vtcv=νλ(；/Ψλ,(注意到Q = 2O，其中Ψλ =Q^1),即第λ級縮減器的縮減倍數(shù)為
=Q(H), Φ通配a、β、Y、…、m,而a、β、Y、…用數(shù)值表示則為a = 1、β = 2> Y=3、…，所以，用Φ表示為第幾級，例如，第Y級即第3級，Φ =3，則^\ =Q2;補(bǔ)償器Σ Φ和縮減器也可以用一個(gè)加法-比例電路Σ ΨΦ完成；將所有級別的Vtcw用總求和器Σ ψ求和，得到總輸出模擬電SVv ；
[0053]4、對數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。該例的對數(shù)轉(zhuǎn)換模塊也是有模擬式轉(zhuǎn)換和數(shù)字式轉(zhuǎn)換兩種，數(shù)字式轉(zhuǎn)換是在接收到低位數(shù)對數(shù)量化間距的數(shù)字信號后，將該對數(shù)數(shù)字信號通過反對數(shù)查表器轉(zhuǎn)換成高位等量化間距數(shù)字信號，為了提高信噪比，可以對參考電位點(diǎn)作半階化處理，將反對數(shù)查表器改為提高半階量化間距的反對數(shù)查表器，該對數(shù)數(shù)字信號通過該查表器轉(zhuǎn)換成高位等量化間距數(shù)字信號，再用高位數(shù)等量化間距的DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號；模擬式轉(zhuǎn)換是在DAC完成了數(shù)模轉(zhuǎn)換后，再將該對數(shù)模擬信號用模擬式反對數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成線性輸出電壓；線性DAC為了提高信噪比，也可以對參考電位點(diǎn)作半階化處理，最小量化間距AV=VP/Qm，將各級的參考電位點(diǎn)都上調(diào)AV/2，為此，只要在各級零電位上面增加一個(gè)半階電阻 Rw，分別為=R“ =Ral/(Qm_“2)，R0A =RM/(Qm_”2)，……，Rn^ = Ra / (Q" * 2)；
[0054]實(shí)施例4——基于跟隨開關(guān)的兩級對數(shù)鏈ADC。該對數(shù)鏈ADC包括兩個(gè)子級:LAD#a和LAD#e，LAD#a為首級對數(shù)鏈子ADC，LAD#e為次級對數(shù)鏈子ADC ;前置電路無需Log模塊；
[0055]首級LAD#a完成q位轉(zhuǎn)換，對數(shù)律電阻鏈Rq~R1和Re將電壓O~Vp分為Q+1大段,共Q+2個(gè)電位點(diǎn),排除掉O點(diǎn)和Vp后,剩下Vcm~Ve為參考電位點(diǎn)(又稱量化點(diǎn))，為Q=2q階，將參考電位鏈Vcm~Ve設(shè)計(jì)成對數(shù)律，Vq^1~V1接入對應(yīng)的首級比較器Ccm~C1的反相端，首級輸入電壓Uay接入各首級比較器的同相端，得到首級比較值Iy~I1，再經(jīng)過首級編碼器BM編碼后，產(chǎn)生首級對數(shù)律數(shù)字輸出信號Dtrl~Dtl ;由首級比較值Iy1~I1或數(shù)字輸出信號Dtrl~Dtl， 控制級電位開關(guān)JDWKG而得到對應(yīng)于輸入電壓Uay的級電位Ve，即先測出輸入電壓Uay是屬于首 級電位鏈中的哪一大段，得到Uay的粗測結(jié)果；輸入電壓Uay接入首級求和器Σ Q_1~Σ ^充當(dāng)被減數(shù)，參考電位點(diǎn)乂㈧~Ve對應(yīng)接到Σ η~Σ。充當(dāng)減數(shù)，得到差值電壓υχ_~Uxtl,差值電壓υχ_~Uxtl再通過首級放大器Fm~Ftl,得到運(yùn)算電壓Uy((M)~Uytl,對應(yīng)于級電位Ve的差值電壓稱為尾數(shù)電壓Uxg(因Uxg的位置是隨機(jī)的，無法標(biāo)出)，對應(yīng)于級電位Ve的運(yùn)算電壓稱為運(yùn)算級電壓Uye ;求和器求出尾數(shù)電壓Uxg =Uay-VpUxe的變化范圍為(O~AVe)，AVe稱為級電位的量化間距，AVe= (V^1)-Ve),令放大器Fe的放大倍數(shù)為Vp/ Δ Vg,經(jīng)過放大器Fe后得到運(yùn)算級電壓Uye，Uye = Uxg * Vp/ Δ VG,放大成Uye后，電壓變化范圍擴(kuò)大至滿量程O~Vp，級電位開關(guān)將運(yùn)算級電壓Uye取出送至開關(guān)總線Sa向次級輸出。Uye經(jīng)過采保器CBe采保后成為次級輸入電壓Uey，再交給次級進(jìn)行精測，級間采保器CBe的作用是使兩級的輸入電壓在一個(gè)采樣周期內(nèi)獨(dú)立和穩(wěn)定，從而使兩個(gè)子級能夠并行運(yùn)行，形成流水線式轉(zhuǎn)換；
[0056]次級LAD#e主要部分是次級對數(shù)鏈并行器LBXQe，次級對數(shù)式電阻鏈R’ τ~R’:形成電位點(diǎn)Vp和V’ T_i~V’ C1，排除Vp后，V’ H~V’ ^為次級對數(shù)式參考電位點(diǎn)，V’ H~V’ !接到次級比較器C’ H~C’ !對應(yīng)的反相端，次級輸入電壓Uey接到各次級比較器同相端，得到次級比較值I’ H~I’ i，經(jīng)過次級編碼器BM編碼，得到次級對數(shù)律數(shù)字輸出信號D’ η~D’ ^ ;LAD#a和LAD#e兩級共完成q+t位對數(shù)律的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換，Dtrl~Dtl為高位，D’ t-1~D’。為低位；
[0057]為了提高信噪比和信號動態(tài)范圍值，擬采用對數(shù)律的電阻鏈，令兩個(gè)子級LAD# a和LAD#i3的電阻鏈采用對數(shù)律設(shè)計(jì)；首級和次級電阻鏈的對數(shù)化設(shè)計(jì)分析:
[0058]首級電阻鏈的對數(shù)化設(shè)計(jì):LAD#a的電阻鏈阻值是常數(shù)，所以鏈電流Ia是常數(shù)，令基礎(chǔ)電位乂0等于傳感器有效探測的最小值，令基礎(chǔ)電阻Re = Ve/Ia,RA/Re = n-l，RAS并不存在的虛擬起步電阻，首級鏈電阻都以RaS起點(diǎn)按大比值ητ遞增，稱大比值電阻鏈:
R1 = Ra* ητ、R2 = RA*n2*T........Rq_3 = Ra* n (Q_3)*T、RQ_2 = Ra* n (Q_2)*T、Rq^1 = Ra* n (Q—1)' 大比值電阻鏈Re~Rq產(chǎn)生了大比值電位鏈(Vj+1/Vj = ητ)為JiiUVpV1 = νθ*ητ>ν2 =
V0 * η 2'V3 = V e * η 3*τ........\_2 = V e * η (的Vq-! = V e * Π (q^tJq = V 0 * η q*t = Vp，排
除Vq = Vp點(diǎn)后,共Q個(gè)參考電位點(diǎn)(又稱量化點(diǎn))為......、VQ_1;因?yàn)樾∮赩0的區(qū)
域?yàn)閭鞲衅魈綔y無效區(qū)域，所以(V1~Ve~O) WVe為量化點(diǎn)，標(biāo)記為(Vi~Ve~0) — Ve，其它量化點(diǎn)的量化區(qū)間為:(V2~V1] — \、(V3~V2] — \、……、(Vp1~vQ_2] — \-2，、(Vq~VJ — 級的量化點(diǎn)為大比值ητ粗獷型的，所以中間要插入T個(gè)小比值η的次級精細(xì)型量化點(diǎn)；
[0059]次級電阻鏈的對數(shù)化設(shè)計(jì):LAD#e的電阻鏈有T = 個(gè)電阻R’ i~R’ τ，在首級中，已經(jīng)求出尾數(shù)電壓Uxg = Uay-Vc, Uxg的變化范圍為(O~Δ Ve)，AVg= (V(g+1)-Vg)，Vg =Ve*nG*T>V(G+1) =Ve*n(G+1)*T, ΛVe為首級級電位Ve的量化步長；理論上Ve~v(e+1)中要插入次級中的T個(gè)精細(xì)量化點(diǎn)，Ve~V(e+1)的精細(xì)量化點(diǎn)為:V”Q = Vg = Ve* η'V' = Ve* η1、V”2 = Vc* η2、V” 3 = VG* n3、……、V”T_2 = vc* η (τ_2)、Ψ’ = vc* n (η)，按照比值 n 等比遞增，(v”T = vG* nT = vG+1為首級中下一階量化點(diǎn),排除在插入點(diǎn)之外)，這說明次級電阻鏈只要滿足等比關(guān)系n并乘一個(gè)系數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)對尾數(shù)電壓的對數(shù)轉(zhuǎn)換；實(shí)際上次級轉(zhuǎn)換不是把精細(xì)量化點(diǎn)插入到\~ν_中，而是把首級的尾數(shù)電壓Uxg取出來，Uxg的變化范圍為(O~Λ Ve)，經(jīng)過對應(yīng)放大器Fe放大后首級尾數(shù)電壓Uxe擴(kuò)大成首級運(yùn)算級電&Uye，令放大器FG的放大倍數(shù)為Vp/AVe，Uye = Uxg * Vp/AVg,電壓變化范圍擴(kuò)大至次級的滿量程O~Vp ;運(yùn)算級電壓Uye經(jīng)過采保器CBe采保后成為次級輸入電壓Uey ;而次級電阻鏈中構(gòu)造對數(shù)律量化點(diǎn)是關(guān)鍵，次級電阻鏈中，Rb為任意設(shè)定的虛擬電阻，T個(gè)鏈電阻按照比值
η 等比遞增:R，! = Rb* nW 2 = Rb* n2、R，3 = Rb* n3>......、R，τ_2 = RB* n (t-2)、r，η =
RB*n(H)、R，T = RB*nT，自然形成τ個(gè)按照比值η等比遞增的電位量化點(diǎn)=(KV)1 = vB* n1、V’ 2 = νΒ* η2, V，3 = vB*n3、……、V，τ_2 = vB*n(T' v，h = vB* n (τ_?，其量化區(qū)間為:(v，I ~ο] — 0、(v，2 ~V，J — V，p (V，3 ~V，2] — V，2、……、(V，η ~V，τ_2] — V，τ_2，、(V’ T~V’ T_J — V’ H ;而V’ T = Vp被排除在該組量化點(diǎn)之外；
[0060] 至此，該兩級對數(shù)鏈ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換成了對數(shù)式數(shù)字信號，信噪比為曲線3，信噪比恒定；如果在此基礎(chǔ)上，將基礎(chǔ)電阻Re調(diào)整為調(diào)整電阻R*e，R*e =Re~Re/15，并且令R*e =探測器最小有效信號，將調(diào)整電阻R*e減小，會使信噪比曲線在小信號端有些下降，但是使動態(tài)范圍增加，信噪比為曲線4 ;
[0061 ] 實(shí)施例5.1—基于跟隨開關(guān)的兩級對數(shù)鏈DAC，該DAC的電阻鏈和參考電位鏈都是對數(shù)關(guān)系；接收的對數(shù)律數(shù)字信號為:高位Dtrl~Dtl，低位D’ η~D’ ^ ;高位Dtrl~Dtl對應(yīng)送到首級多路開關(guān)控制端Cltrl~Cltl，得到首級級電位Ve ;低位D’ η~D’ ^對應(yīng)送到次級多路開關(guān)控制端d’，<~(!’ C1，得到次級級電位V’ B，令b等于(O~T-1)中的某個(gè)點(diǎn)，V b稱為次級第b階參考電位點(diǎn),其中被選通的電位點(diǎn)為次級級電位V’ B ；
[0062]LDA#0包括三部分:DZLe、JDWKG’和Σ 0U ；DZL0為次級對數(shù)電阻鏈，包括:次級對數(shù)式.電阻鏈R’ τ~ R’ i，次級對數(shù)式參考電位點(diǎn)V’ η~V’ 0,次級電阻鏈的對數(shù)化設(shè)計(jì)同實(shí)施例4.1 ；
[0063]次級電阻鏈形成T個(gè)參考電位點(diǎn)V’ h、V’ τ_2、…V’ pV’ C1，其量化區(qū)間為:(V’ i~O] — V，O、(V，2 ~V，J — V，”(V，3 ~V，2] — V，2、……、(V，H ~V，τ-2] — V，τ-2，、(V’ T~r T_j — V’ H ;可知V’ b的量化步長或稱階差Λν’ b = V’ b+1v’ b;次級級電位開關(guān)JDWKG’控制端d’ H~d’ ^接收到低位數(shù)字信號D’ H~D’ ^后，在次級開關(guān)點(diǎn)S’ H~S’ ^中確定一個(gè)選通點(diǎn)S’ b,該選通點(diǎn)特別標(biāo)記為S’ B,選通點(diǎn)S’ B對應(yīng)的電位點(diǎn)V’ b為次級級電位V0b，次級級電位V0b的變化范圍為T個(gè)電位點(diǎn)V’ 0、r 1、…、V’ T_2、V’ H，各個(gè)點(diǎn)的量化區(qū)間分別為:(V’ i ~V’ 0] — V’ O、(V’ 2 ~V’ J — V’ !> (V’ 3 ~V’ 2] — V’ 2、……、(V’ T-!~V’ τ-2] — V’ τ-2，、(V’ τ~V’ T-J — V’ H，所以次級級電位Vsb對應(yīng)的模擬電壓變化范圍為O~Vp;
[0064]LDA#a包括四部分:DZLa、SJQH、J DffKG和Σ Au ；DZLa為首級對數(shù)電阻鏈，包括首級對數(shù)式電阻鏈Rq~R1和Re，首級對數(shù)式參考電位點(diǎn)Vy1~Ve，首級電阻鏈的對數(shù)化設(shè)計(jì)與實(shí)施例4.1相同；$g等于O~(Q-1)中任意數(shù),每個(gè)首級電位點(diǎn)Vg對應(yīng)接三個(gè)器件:求和器Σ g、縮減器11^和開關(guān)點(diǎn)Sg，稱為g支路，電位點(diǎn)Vg與電位點(diǎn)Vg+1的電壓稱為電位點(diǎn)Vg階差A(yù)Vg, 二者關(guān)系為AVg = Vg+1-Vg;
[0065]在與首級級電位Ve相加時(shí)，次級級電位VeB應(yīng)該是以級電位Ve的尾數(shù)電壓身份出現(xiàn)，注意到次級級電位V0h對應(yīng)的模擬電壓變化范圍為O~VP，而電壓變化范圍應(yīng)該為O~Δ Vg才合理，所以對應(yīng)于第g階電位，應(yīng)該將Vsb的變化范圍由O~Vp縮減成O~Λ Vg，就需要用一個(gè)縮減器ΨΧ來完成這項(xiàng)任務(wù)，還要注意到每階的AVg是不相等的，而是等比變化的，所以每階縮減器Ψ8(Ψ大寫)的縮減比例Ψ8(Ψ小寫)也是等比變化的，令Vg =Λ Vg/VP，則次級級電位V0b變成了縮減值Vwg，縮減計(jì)算為-.Vvg = V0B * Ψ8 = ν0Β * AVg/Vp,所以電壓變化范圍由Vsb的O~Vp縮減成了 Vvg的O~Λ Vg，縮減電壓Vvg就是首級參考電位點(diǎn)AV1~Ve中第g階的尾數(shù)電壓，等待選通；首級參考電位Vg作為粗獷模擬值，而對應(yīng)的縮減電壓νΨ8作為Vg的尾數(shù)電壓是精細(xì)模擬值，Vg與Vvg通過求和器Σ g相加，得到首級粗獷模擬值Vg和次級精細(xì)模擬值Vvg之和，稱參考電位求和值V Σ g，首級每個(gè)考電位Vg都對應(yīng)存在一個(gè)參考電位求和值V Σ g等待輸出；當(dāng)首級級電位開關(guān)JDWKG控制端Cltrl~Cltl接收到高位數(shù)字信號Dtrl~Dtl后，確定了首級選通點(diǎn)Se，將對應(yīng)的參考電位求和值Vsg作為級電位求和值Use輸出到匯總器Σ αυ，匯總器Σ _實(shí)際上只接收到唯一的級電位求和值U Σ(；，作為數(shù)模轉(zhuǎn)換值Uae輸出；至此，兩級對數(shù)鏈DAC轉(zhuǎn)換完成。
[0066]令人困惑的是，求反對數(shù)為什么也用對數(shù)鏈？實(shí)際上想像一下，模擬信號從對數(shù)鏈進(jìn)去變成數(shù)字信號，然后數(shù)字信號原封不動地從相同構(gòu)造的對數(shù)鏈出來，自然會還原成原來的模擬信號。比如Uay = V’ 3經(jīng)對數(shù)鏈AD轉(zhuǎn)換成D2D1Dtl = 000和D’ 3D’ 2D’ # Q =0011 ;而D2D1Dtl和D’ 3D’ 2D’山’ C1經(jīng)對數(shù)鏈DA轉(zhuǎn)換還原后還是V’ 3 ;實(shí)際上對數(shù)_反對數(shù)的逆過程是通過AD-DA的逆過程完成。
[0067]實(shí)施例5.2——基于跟隨開關(guān)的半階式量化點(diǎn)的兩級對數(shù)鏈DAC，本DAC的基本原理與實(shí)施例5.1相同，差別在于參考電位點(diǎn)的設(shè)定進(jìn)行了半階化處理，本DAC的參考電位點(diǎn)采用理論分析中敘述的半階式量化點(diǎn)(第2頁，第15行)，令參考電位點(diǎn)全部上移半階簡稱半階參考點(diǎn)，電阻全部上移半階簡稱半階電阻；用Ug表示首級半階參考點(diǎn)，Pg表示首級半階電阻，U’b表示次級半階參考點(diǎn)，P’b表示次級半階電阻；與原電阻鏈的對應(yīng)關(guān)系為:Ug —Vg，Pg — Rg，U’ b — V’ b，P’ b — R’ b ;所謂半階就是令參考電位點(diǎn)在原有基礎(chǔ)上上移半階，計(jì)算方法為:
[0068]參考電位點(diǎn)全部上調(diào)半階,變?yōu)?首級半階參考點(diǎn)Ug = (Vg+Vg* η)/2,首級半階電阻Pg= (Rg+Rg*n)/2;次級半階參考點(diǎn)U’b=…’^’,!^/^，次級半階電阻:？、=(R’ b+R’ b*n)/2 ;這樣，參考電位點(diǎn)和電阻全部上調(diào)半階；
[0069]兩級對數(shù)鏈DAC半階化后，即成了半階式量化點(diǎn)的兩級對數(shù)鏈DAC，參考電位點(diǎn)半階化后，量化步長為原來的一半，可以使量化誤差降低至原來的1/4，[S/NjU提高101og4=6.02dBo
[0070]實(shí)施例6.1—基于跟隨開關(guān)的數(shù)字式對數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0071]對于一個(gè)線性模擬信號，先用實(shí)施例4.1描述的兩級共N位的對數(shù)鏈ADC轉(zhuǎn)換成N位對數(shù)律數(shù)字信號，再通過一個(gè)N位的線性DAC轉(zhuǎn)換成輸出模擬信號，該輸出模擬信號就是對數(shù)律的模擬信號。
[0072]實(shí)施例6.2—基于跟隨開關(guān)的數(shù)字式反對數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0073]對于一個(gè)對數(shù)律模擬信號，先用一個(gè)N位的線性ADC轉(zhuǎn)換成N位對數(shù)律數(shù)字信號，再用一個(gè)N位兩級對數(shù)鏈DAC轉(zhuǎn)換成輸出模擬信號，該輸出模擬信號就是線性模擬信號。N位兩級對數(shù)鏈DAC與實(shí)施例5.1描述的相同。 [0074]實(shí)施例7.1—基于跟隨開關(guān)的三級以上對數(shù)鏈ADC。與兩級對數(shù)鏈ADC原理相同，只是將次級改作末級，而增加一個(gè)或數(shù)個(gè)與首級結(jié)構(gòu)相同的中間級，如次級、第三級、第四級等。
[0075]實(shí)施例7.2—基于跟隨開關(guān)的三級以上對數(shù)鏈DAC。與兩級對數(shù)鏈DAC原理相同，新增級與次級相同，包括電阻鏈、級電位開關(guān)和對應(yīng)的縮減器組；多個(gè)新增級也是如此?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0076]為了審閱更加方便，有意將實(shí)施例與附圖的編號對應(yīng)。相同標(biāo)號的在一個(gè)地方解釋后一直到對該標(biāo)號追加解釋前有效；圖中所有下標(biāo)Ag稱為第λ級第g階；
[0077]圖1.1是臨界開關(guān)的符號圖，其中下標(biāo)Ag為第λ級第g階，矩形塊SAg為第λ級第g階臨界開關(guān)，VAg為第λ級第g階信號點(diǎn)，IAg為第λ級第g階控制值，IA(g+1)為第λ級第g+Ι階控制值，Sa為第λ級開關(guān)總線；VAe為第λ級總線電位。
[0078]圖1.2.1是SAgl類無損臨界開關(guān)原理圖，其中AAg為跟隨器；VAg、IAg、IA(g+1)、SA、Vag與圖1.1相同；VT1和VT3為NPN型三極管，VTO和VT2為PNP型三極管；+VP為電源正極，-Vn為電源負(fù)極；虛線框中的電路構(gòu)成了 SAgl類無損臨界開關(guān)。
[0079]圖1.2.2 是 Sa g2 類無損臨界開關(guān)原理圖，其中 AAg、VAg、IAg、IA (g+1)、SA、+VP、-VN 與圖1.2.1相同；VT4至VT9為NPN型三極管，V5c和V8c分別為VT5和VT8的集電極電位瓜為電阻；虛線框中的電路構(gòu)成了 SAg2類無損臨界開關(guān)。 [0080]圖1.2.3是廣義的無損臨界開關(guān)(SAg3類)原理圖，其中AAg為跟隨器；VAg、IAg、Ιλ (g+1)、Sp VAe與圖1.1相同；KS1和KS3為高電位導(dǎo)通電源開關(guān)，KSO和KS2為低電位導(dǎo)通電源開關(guān)。
[0081]圖1.2.4是q位多路開關(guān)原理圖。其中Saq~Sa^1)為第λ級O階~(Q-1)階臨界開關(guān)，框住這些臨界開關(guān)的方框標(biāo)記為第λ級臨界開關(guān)組LJKGZa ;νλ(ι~νλ((Μ)為第入級O階~(Q-1)階輸入端電位；Ιλ。~Ιλ((Μ)為第入級O階~(Q-1)階控制字；dA。~dA((rl)為第λ級多路開關(guān)的控制端?？蜃∵@些臨界開關(guān)組UKGZa和解碼器JMa的虛線框標(biāo)記為第λ級多路開關(guān)DLKGa ；
[0082]圖2.1是基于跟隨開關(guān)的4級* 3位等電阻式對數(shù)ADC原理圖。本說明中用λ通配圖中出現(xiàn)了的α、β、y、δ和m ;uay為原始輸入交流信號；QZDL為前置電路；UAy為第入級輸入電壓；Ra7~Rao為第入級分壓電阻鏈；VA7~Vaci為第λ級電位參考點(diǎn)；CA7~Cju為第λ級比較器；Ιλ7~Ιλ1為第λ級比較值；Ιλ8為恒O值，Iaq為恒I值，Da2~Daq為第λ級數(shù)字輸出值；Vp為電源正極；ΒΜλ為第λ級編碼器；Sa7~Satl為第α級臨界開關(guān)開關(guān)點(diǎn)，框住Sa7~Satl和控制值Ia8~Iatl的虛線框UKGZa為臨界開關(guān)組，(Ιλ8有兩個(gè)名字，在比較器中稱比較值，而在級電位開關(guān)中是起控制作用的，稱控制值，所有出現(xiàn)在兩個(gè)地方的Ιλ8只是名字不同，但兩者是用導(dǎo)線連通的同一個(gè)值，后面的I’ Ag、Ig、I’g也是這樣)；Se7~Seci為第β級多路開關(guān)開關(guān)點(diǎn)，dA2~dA(l為第λ級多路開關(guān)的控制端，框住S07~Setl和de2~de(l的實(shí)線框DLKGe為多路開關(guān)；Sy7~Syci為第Y級級電位開關(guān)點(diǎn)，框住Sy7~Syci和Iy8~Iyci以及dY2~dY(l的實(shí)線框JDWKGy為級電位開關(guān)，可通配臨界開關(guān)組和多路開關(guān)；SA為第λ級級電位開關(guān)總線；VAe.為第λ級級電位；Σ λ為第λ級求和器；Uax為第λ級的尾數(shù)電壓，F(xiàn)Da為第λ級放大器；Uliy為放大信號即尾數(shù)電壓Uax的放大值，CBa為λ級采保器；虛線框AD#a為對數(shù)ADC的第λ級子級；GS為電壓跟隨器；第α級輸入電壓Uay又是總輸入電壓；
[0083]圖2.2是前置電路QZDL框圖，原始輸入交流信號Uay ;采保器CB ;交流采保信號Ug ;正負(fù)判別器ZFPx ;正輸入電壓Ug ;性寄存器Dx ;模擬對數(shù)壓縮律模塊LOG ;第α級輸入電壓Uay;
[0084]圖2.3是信號正負(fù)判別器原理圖，虛線框ZFP為正負(fù)判別器；ug、Ug、Dx同上；運(yùn)算放大器YF包括:正負(fù)比較器YFjP反相器YFb ;反相器輸入電阻和反饋電阻RmRc6 ;反相開關(guān)Sx ；
[0085]圖3.1是基于跟隨開關(guān)的m級* 3位等電阻式對數(shù)DAC原理圖。已解釋過的有:UKGZa ；DLKG0 ；VAG 'V AG ；Vr ；RA7 ~Raci ；VA7 ~VA。；Ιλ8 ~Ιλ。；SA ；CBA ；GS ;將圖 2.I 中級電位開關(guān)JDWKGy所有符號的下標(biāo)由Y換成m，就成了級電位開關(guān)JDWKGm;需要新解釋的有:DA#a為第λ子級對數(shù)DAC;實(shí)線框JMa為第α級解碼器，da2~da(l為JMa的輸入端，解碼后得到的控制值I a 7~I a i確定了級電位選通點(diǎn)Sa e，JMa+UKGZa = DLKGa，所以da 2~da(1既是JMa的輸入端，又是多路開關(guān)DLKGa的控制端；Vil為第λ級縮減器Jtcv為第λ級模擬輸出信號電壓，簡稱輸出電壓Vtcv ；Σ ψ為總求和器；νψ為總輸出模擬電壓；虛線電阻Ru為半階電阻；
[0086]圖3.2.1是三角形GS為電壓跟隨器符號圖,輸出電壓等于輸入電壓,都是Ux2,但是提高了負(fù)載能力，用三角形在所有附圖中表示該器件，因?yàn)楹x簡單，無需標(biāo)記GS;
[0087]圖3.2.2是比例縮減器11^符號圖；Ψ為縮減器符號(Ψ大寫)，下標(biāo)X為通配符，縮減比例為ΨΧ(Ψ小寫，圖中沒標(biāo))，輸入信號Ux1、輸出信號Ux2和縮減比例~三者關(guān)系
為:Ux2 — Uxl/ Ψ X ；
[0088]圖3.2.3是比例縮減器ΨΧ原理圖；其中集成運(yùn)放GS即圖3.2.1電壓跟隨器，Rxi和Rx2構(gòu)成分壓電路，因?yàn)殡妷焊S器GS以同相端為輸入端，為虛斷，電流視為0，所以Rxi和Rx2 中電流相等，得到分壓關(guān)系為:UX2 = Uxi * Rx2/(RX1+RX2)，令 Vx = (RX1+RX2)/RX2，所以 Ux2
=Uxi/ ψ X ；
[0089]圖4是基于跟隨開關(guān)的兩級對數(shù)鏈ADC原理圖，該ADC的電阻鏈和參考電位鏈都是對數(shù)關(guān)系，所以稱對數(shù)鏈ADC，對數(shù)鏈ADC用符號表示為LAD##，它包括兩個(gè)子級:LAD#a和LAD#e，LAD#a為首級對數(shù)鏈子ADC，LAD#0為次級對數(shù)鏈子ADC ;次級即第β級的標(biāo)號用單引號’表示，而標(biāo)號中沒有’的為首級即第α級的標(biāo)號；
[0090]LAD#a包括三部分:LBXQa、JDWKG和QHFD ；LBXQa為首級對數(shù)鏈并行器，包括:首級對數(shù)式電阻鏈Rq~R1和Re，首級對數(shù)式參考電位點(diǎn)Vcm~Ve，首級比較器Ccm~C1,首級比較值~I1，首級編碼器BM，首級對數(shù)律數(shù)字輸出信號Dtrl~Dtl ；QHFD為求和放大運(yùn)算電路，包括:首級求和器Σ ?π~Σ。，差值電壓Uxnr Uxtl,放大器Fihl~F。,運(yùn)算電壓Uyn)~Uy0 ;準(zhǔn)運(yùn)算級電壓U’ yG ;運(yùn)算級電壓Uye JDffKG為級電位開關(guān)，包括:開關(guān)點(diǎn)S((M)~Stl ;多路開關(guān)控制端Cltrl~Cltl ;首級控制值If1~I1，恒O值Iq，恒I值Itl ;開關(guān)總線Sa ；
[0091 ] LAD#0主要部分是次級對數(shù)鏈并行器LBXQe，包括:次級對數(shù)式電阻鏈!?％~!?％，次級對數(shù)式參考電位點(diǎn)r η~V’ ^和次級輸入電壓Uey分別接到次級比較器c’ η~c’!的反相端和同相端，得到次級比較值I’ H~I’ i，經(jīng)過次級編碼器BM’編碼，得到次級數(shù)字輸出信號D’ t l~D’ ^ ;采保器CBe ;準(zhǔn)運(yùn)算級電壓U，ye、運(yùn)算級電壓Uye、次級輸入電壓Uey ；
[0092]圖5是基于跟隨開關(guān)的兩級對數(shù)鏈DAC原理圖，該DAC的電阻鏈和參考電位鏈都是對數(shù)關(guān) 系，所以稱對數(shù)鏈DAC，對數(shù)鏈DAC用符號表示為LDA##，它包括兩個(gè)子級:LDA#a和LDA#e，LDA#a為首級對數(shù)鏈子DAC，LDA#0為次級對數(shù)鏈子DAC ;本圖次級即第β級的標(biāo)號用單引號’表示，而標(biāo)號中沒有’的為首級即第α級的標(biāo)號；
[0093]LDA#a包括四部分:DZLa、SJQH、JDffKG和Σ Au ；DZLa為首級對數(shù)電阻鏈，包括:首級對數(shù)式電阻鏈Rq~R1和Re，首級對數(shù)式參考電位點(diǎn)Vcm~Ve ；SJQH為縮減求和模塊，包括:縮減器IIV1~Ψ。，次級級電位縮減值νΨ0Μ)~νΨ。，求和器Σ Q^1~Σ。，參考電位求和值V Σ (Q-1)~V Σ 0，跟隨器GS J DffKG為首級級電位開關(guān)，包括:首級控制值Iy1~I1、首級恒O值Iq、首級恒I值Itl,首級開關(guān)點(diǎn)S(Q_n~Stl,首級多路開關(guān)控制端Cltrl~Cltl ; Σ 為匯總模塊，包括:匯總器Σ αυ，級電位求和值υΣ ((Μ)~Usci，選通點(diǎn)壓降補(bǔ)償值I ;模擬電壓輸出值Uae，
[0094]LDA#0包括三部分:DZLe、JDWKG’和Σ 0U ；DZL0為次級對數(shù)電阻鏈，包括:次級對數(shù)式電阻鏈Rt~R1，次級對數(shù)式參考電位點(diǎn)AV1~Vtl ;級電位開關(guān)JDWKG’包括:次級控制值I’ τ-!~I’ 1、次級恒O值I’ τ、次級恒I值I’ C1，次級開關(guān)點(diǎn)S’(t_d~S’ C1，次級多路開關(guān)控制端d’ ~d’ Oo
【權(quán)利要求】
1.一種基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其特征是:用電壓跟隨開關(guān)作為信號開關(guān)，傳遞信號或阻斷信號，電壓跟隨開關(guān)由跟隨器電源開關(guān)兩大模塊組成，電源開關(guān)是置于該跟隨器電源回路上的電子裝置，可以通過控制字控制該跟隨器電源回路的通斷，該跟隨器在電源通的狀態(tài)下處于電壓跟隨狀態(tài)，信號從同相端輸入，其輸出端的電壓會精確等于其同相端的電壓，使輸入端的信號傳送到輸出端，為信號通，信號通時(shí)電壓降極小，接近于理想化的短路導(dǎo)通；跟隨器在電源斷的狀態(tài)下，其輸出端就與其同相端呈信號阻斷狀態(tài)，為信號斷，信號斷時(shí)輸出端與其同相端電阻值極大，接近于理想化的關(guān)斷， 跟隨開關(guān)在電源通時(shí)信號通，電源斷時(shí)信號斷，所以，跟隨開關(guān)可以通過控制字來控制其跟隨器電源回路的通斷，從而控制其跟隨器信號回路的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其進(jìn)一步特征是:通過對電源開關(guān)控制邏輯的設(shè)計(jì)，可以將跟隨開關(guān)構(gòu)造成臨界開關(guān)SAg，臨界開關(guān)SAg的邏輯關(guān)系為:當(dāng)Ιλ8 = O或Ιλ (g+1) = I時(shí)，臨界開關(guān)Sag信號斷；只有處于臨界狀態(tài)時(shí)，即，當(dāng)Ixg = I且I入ig+i) = O時(shí)，臨界開關(guān)Sjig f目號通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其進(jìn)一步特征是:廣義的無損臨界開關(guān)，只有當(dāng)iAg = I且Ιλ(8+1) = O時(shí)，使高電位導(dǎo)通電源開關(guān)KSl和KS3導(dǎo)通，并且使低電位導(dǎo)通電源開關(guān)KSO和KS2導(dǎo)通，才可以使Aas電源通，使AAg信號通；反之，只要I λ g = O或I λ (g+1) = I，都會使使KSI和KS3截止或使KSO和KS2截止，會使得Jhg電源斷，所以AAg信號斷，為了簡化電路，KSO和KS2可以任意短路一個(gè)，KSl和KS3也可以任意短路一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其進(jìn)一步特征是:一組臨界開關(guān)構(gòu)成級電位開關(guān)，級電位開關(guān)JDWKGa包括臨界開關(guān)組LJKGZa和多路開關(guān)DLKGa，臨界開關(guān)組是將一組臨界開關(guān)的輸出端并聯(lián)成公共端，這些臨界開關(guān)所有的輸入端構(gòu)成臨界開關(guān)組的輸入端組，通過控制字直接選通其中的一個(gè)輸入端為選通端；多路開關(guān)是由一個(gè)解碼器與一個(gè)臨界開關(guān)組構(gòu)成，先通過解碼器將數(shù)字信號解碼成控制字后，再通過控制字選通臨界開關(guān)組中的一個(gè)輸入端為選通端與公共端連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其進(jìn)一步特征是:q位多路開關(guān)，其中Sac1-Sa^1)為第λ級O階~(Q-1)階臨界開關(guān)，解碼器JMa將控制端dA(l~dA((rl)的數(shù)字信號解碼為第λ級O階~(Q-1)階控制字Iaci~Ιλ((Μ)，得到第O階~(Q-1)階輸入端電位Va (!~V λ (Q-1)的選通端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其進(jìn)一步特征是:基于跟隨開關(guān)的m級*q位等電阻式對數(shù)ADC，原始輸入交流信號uα y經(jīng)過前置電路QZDL處理后，成為第α級輸入電壓Uay;第λ級輸入電壓UAy的范圍為O~Vp，第λ級子級八0#入對第λ級輸入電壓UAy進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，由四大模塊及過程完成: (I)、級電位νλ(；形成模塊，Q = 2%第λ級并行器的分壓電阻鏈Ra ((Μ)~Raci形成第λ級電位參考點(diǎn)νλ((Μ)~Vaq，對應(yīng)接到并行器中比較器Ca(q_d~Cai的反相端，第λ級輸入電壓υλ?接到并行器中比較器Ca ((Μ)~Cai的同相端，與電位參考點(diǎn)Va ((Μ)~Vaci進(jìn)4丁比較，得到弟λ級比較值I λ (Θ_!)~I λ i為I λ (Q-D~I λ (G+1) = 0，Ιλ(；~Ιλ? = I，Iaq為恒O值，Ιλο為恒I值，即得知VAte+1) >UAy > Vag,形成級電位為比較值Ιλ_~Ιλ1通過編碼器ΒΜλ進(jìn)行編碼后，得到級電位VAe的數(shù)字輸出值為DA((rl) ~DA(i;至此，以級電位Vw為橋梁，輸入電壓uAy轉(zhuǎn)換為級電位進(jìn)而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號?λ(0-?)...Ολ(ι; ⑵、級電位νλ(；取出模塊，AD##中，除了末級以外，都需要將級電位VAe取出為進(jìn)行下級轉(zhuǎn)換作準(zhǔn)備；完成該項(xiàng)工作的模塊就是級電位開關(guān)，包括臨界開關(guān)組LJKGZa和多路開關(guān)DLKGa兩類，參考電位點(diǎn)Va Cm)~νλ(ι逐個(gè)與開關(guān)點(diǎn)Sa(q_d~Saci進(jìn)行算術(shù)連接；AD#a中的虛線框LJKGZa框住的為臨界開關(guān)組符號圖，通過前述的臨界開關(guān)的選通控制，確定選通點(diǎn)Sag;AD#0中的實(shí)線框DLKGe框住的為多路開關(guān)符號圖，通過前述的多路開關(guān)的選通控制，確定選通點(diǎn)S“;AmY中的實(shí)線框JDWKGy框住的器件組包含了多路開關(guān)和臨界開關(guān)組兩種符號圖，通配兩類開關(guān)，通過前述的兩類開關(guān)的選通控制，確定選通點(diǎn)SAe;選通點(diǎn)SAe對應(yīng)于級電位VaC。 (3)、級間運(yùn)算模塊，第λ級的輸入電壓UAy經(jīng)過第λ級采保器CBa后成為穩(wěn)態(tài)電壓U’ λy級間采保器CBa的作用是使各子級的輸入電壓在一個(gè)采樣周期內(nèi)獨(dú)立和穩(wěn)定，從而使m個(gè)子級能夠并行運(yùn)行，形成流水線式轉(zhuǎn)換。取出級電位的目的是進(jìn)行下一級的轉(zhuǎn)換，設(shè)每個(gè)子級轉(zhuǎn)換位數(shù)都為q位，Q = 2%電阻鏈將電壓Vp分為Q等分，每等分電壓Λ V為固定值A(chǔ)V = Vp/Q;級電位V μ是小于并最接近于輸入電壓UAy的參考電位點(diǎn)，在第λ級的測量精度以內(nèi)，認(rèn)為VAe = UAy，由求和器Σ λ完成求尾數(shù)電壓運(yùn)算UAx = UAy-VAe，尾數(shù)電壓Uax的范圍為O~AV，再由放大器FDa將尾數(shù)電壓信號放大Q倍，得到U(A+1) Y =Uliy = Q*UAx，所以Uliy的范圍擴(kuò)大至滿量程O~Vp，成為第μ級的輸入電壓，進(jìn)入μ級ADCli進(jìn)行高一級精度的測量和轉(zhuǎn)換。 (4)、對數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，該例的對數(shù)轉(zhuǎn)換模塊有模擬式轉(zhuǎn)換和數(shù)字式轉(zhuǎn)換兩種，數(shù)字式轉(zhuǎn)換的前提是將總輸入電壓Uay轉(zhuǎn)換成了高位數(shù)等量化間距的數(shù)字信號，然后將該高位數(shù)字信號通過對數(shù)查表器轉(zhuǎn)換成低位數(shù)對數(shù)量化間距的數(shù)字信號；模擬式轉(zhuǎn)換是在第a級輸入前，用模擬式對數(shù)轉(zhuǎn)換器將線性輸入電壓轉(zhuǎn)換成對數(shù)輸入電壓，而ADC實(shí)際上是將對數(shù)輸入電壓轉(zhuǎn)換成了對數(shù) 量化間距數(shù)字信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其進(jìn)一步特征是:基于跟隨開關(guān)的m級*q位等電阻式對數(shù)DAC，N位數(shù)字信號按m級位分配如下:
(D(N-1)、— (D a ((J-!) >...、Da。)、(Dg (q-1) > …、Dg。)、…、(Dm(^1) >輸送到對應(yīng)的級電位開關(guān)控制端:(da ((rl)、…、da(l)、(de ((rl)、…、de(l)、…、(dm(trl)、…、cL)，第λ級子級DACa對第λ級數(shù)字信號(DA(trl)、一、DACI)進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換由四大模塊及過程完成: (1)、級電位νλ(；形成模塊，Q= 2%第λ級并行器的分壓電阻鏈Ra ((rl)~Raci,形成第入級電位參考點(diǎn)νλ((Μ) ~VA(I，接收到數(shù)字信號φλ((Μ)、...、Ολ(ι)后，對應(yīng)于數(shù)字信號的參考電位點(diǎn)νλ(；為級電位； (2)、級電位Vae取出模塊，需要將每個(gè)級的級電位VAe取出，為求取每級的輸出電壓νΦΨ做準(zhǔn)備；與實(shí)施例2.1中的級電位VAe取出模塊及過程相同； (3)、級間運(yùn)算模塊，級電位VAe與輸出電壓V4iw及縮減倍數(shù)Ψλ三者關(guān)系為=Vtcv=Vac/Va，其中νλ =9(ΦΛ即第λ級縮減器的縮減倍數(shù)為= 通配a、β > Y >…、m,而a、β、Y、…用數(shù)值表示則為α =1、β = 2、Y =3、...,所以,用Φ表示為第幾級，例如，第Y級即第3級，Φ =3，則^\ =Q2;補(bǔ)償器Σ _和縮減器Ψφ也可以用一個(gè)加法-比例電路Σ Ψφ完成；將所有級別的Vtcv用總求和器Σ ψ求和，得到總輸出模擬電壓νψ ； (4)、對數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，該例的對數(shù)轉(zhuǎn)換模塊也是有模擬式轉(zhuǎn)換和數(shù)字式轉(zhuǎn)換兩種，數(shù)字式轉(zhuǎn)換是在接收到低位數(shù)對數(shù)量化間距的數(shù)字信號后，將該對數(shù)數(shù)字信號通過反對數(shù)查表器轉(zhuǎn)換成高位等量化間距數(shù)字信號，為了提高信噪比，可以對參考電位點(diǎn)作半階化處理，將反對數(shù)查表器改為提高半階量化間距的反對數(shù)查表器，該對數(shù)數(shù)字信號通過該查表器轉(zhuǎn)換成高位等量化間距數(shù)字信號，再用高位數(shù)等量化間距的DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號；模擬式轉(zhuǎn)換是在DAC完成了數(shù)模轉(zhuǎn)換后，再將該對數(shù)模擬信號用模擬式反對數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成線性輸出電壓；線性DAC為了提高信噪比，也可以對參考電位點(diǎn)作半階化處理，最小量化間距AV =VP/Qm，將各級的參考電位點(diǎn)都上調(diào)Λ V/2，為此，只要在各級零電位上面增加一個(gè)半階電阻尺；^，分別為:1?“ = Ra 1/(Qm^a *2), R0.= RM/(Qm_e *2)，……，R1^ = Ra / (Qm_m * 2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其進(jìn)一步特征是:基于跟隨開關(guān)的兩級對數(shù)鏈ADC，該對數(shù)鏈ADC包括兩個(gè)子級:LAD#a和LAD#e，LAD#a為首級對數(shù)鏈子ADC，LAD#0為次級對數(shù)鏈子ADC ;前置電路無需Log模塊； 首級LAD#a完成q位轉(zhuǎn)換，對數(shù)律電阻鏈Rq~R1和Re將電壓O~Vp分為Q+1大段，共Q+2個(gè)電位點(diǎn),排除掉O點(diǎn)和VP后,剩下Vcm~V0為參考電位點(diǎn)，為Q = 2q階,將參考電位鏈Vcm~Ve設(shè)計(jì)成對數(shù)律，Vq^1~V1接入對應(yīng)的首級比較器Ccm~C1的反相端，首級輸入電壓Uay接入各首級比較器的同相端，得到首級比較值Iy~I1，再經(jīng)過首級編碼器BM編碼后，產(chǎn)生首級對數(shù)律數(shù)字輸出信號Dtrl~Dtl ;由首級比較值Icm~I1或數(shù)字輸出信號Dtrl~Dtl，控制級電位開關(guān)JDWKG而得到對應(yīng)于輸入電壓Uay的級電位Ve，即先測出輸入電壓Uay是屬于首級電位鏈中的哪一大段，得到Uay的粗測結(jié)果；輸入電壓Uay接入首級求和器Σ η~充當(dāng)被減數(shù)，參考電位點(diǎn)Vy1-Ve對應(yīng)接到Σ η~充當(dāng)減數(shù)，得到差值電壓Uxm~Uxo，差值電壓 Ux(Q-1)~Uffl 再通過首級放大器Fy1~Ftl，得到運(yùn)算電壓Uy((M)~Uy0,對應(yīng)于級電位Ve的差值電壓稱為尾數(shù)電壓Uxe，對應(yīng)于級電位Ve的運(yùn)算電壓稱為運(yùn)算級電壓Uye;求和器求出尾數(shù)電壓Uxe = Uay-VpUxe的變化范圍為(O~AVe)，AVd#為級電位的量化間距，AVg= (VmrVc)，令放大器Fe的放大倍數(shù)為Vp/ Δ Vg,經(jīng)過放大器Fe后得到運(yùn)算級電壓Uyg’ Uye = UXG*VP/ Δ Vg,放大成Uye后，電壓變化范圍擴(kuò)大至滿量程O~Vp，級電位開關(guān)將運(yùn)算級電壓Uye取出送至開關(guān)總線Sa向次級輸出。Uye經(jīng)過采保器CBe采保后成為次級輸入電壓Uey，再交給次級進(jìn)行精測，級間采保器CBe的作用是使兩級的輸入電壓在一個(gè)采樣周期內(nèi)獨(dú)立和穩(wěn)定，從而使兩個(gè)子級能夠并行運(yùn)行，形成流水線式轉(zhuǎn)換； 次級LAD#e主要部分是次級對數(shù)鏈并行器LBXQ0，次級對數(shù)式電阻鏈R’T~IT1形成電位點(diǎn)Vp和V’ η~V’ ^，排除Vp后，V’ η~V’ ^為次級對數(shù)式參考電位點(diǎn)，V’ η~V’ I接到次級比較器CY1-CT1對應(yīng)的反相端，次級輸入電壓Uey接到各次級比較器同相端，得到次級比較值I’ η~I’工，經(jīng)過次級編碼器BM’編碼，得到次級對數(shù)律數(shù)字輸出信號D’ t l~D’ ^ ;LAD#a和LAD#e兩級共完成q+t位對數(shù)律的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換，Dtrl~Dtl為高位，D’ ~D’ ^為低位； 為了提高信噪比和信號動態(tài)范圍值，擬采用對數(shù)律的電阻鏈，令兩個(gè)子級LAD#a和LAD#0的電阻鏈采用對數(shù)律設(shè)計(jì)；首級和次級電阻鏈的對數(shù)化設(shè)計(jì)分析: 首級電阻鏈的對數(shù)化設(shè)計(jì):LAD#a的電阻鏈阻值是常數(shù)，所以鏈電流Ia是常數(shù)，令基礎(chǔ)電位Ve等于傳感器有效探測的最小值，令基礎(chǔ)電阻Re = Ve/Ia,RA/Re = n_l，RA為并不存在的虛擬起步電阻，首級鏈電阻都以RaS起點(diǎn)按大比值ητ遞增，稱大比值電阻鏈=R1 =Ra* nT、R2 = Ra* n 2*τ、……、rq_3 = Ra* n (<M)*T、RQ_2 = Ra* n= Ra* n (<M)*T，大比值電阻鏈Re~Rq產(chǎn)生了大比值電位鏈(VjVVj= nT)為:地、Ve J1 = V0MtJ2 = Ve* n2'V3 = V0^n 3*T........vQ_2 = ve*n (Q_2)*T、Vq^1 = ve*n (q-d*t、Vq = V0* nQ*T=vP,排除 vQ = vP點(diǎn)后，共Q個(gè)參考電位點(diǎn)(又稱量化點(diǎn))m......'Vy1，因?yàn)樾∮赩0的區(qū)域?yàn)閭鞲衅魈綔y無效區(qū)域，所以m~O) WVe為量化點(diǎn)，標(biāo)記為(V1-Ve~O) — Ve，其它量化點(diǎn)的量化區(qū)間為:(V2~V1] — V” (V3~V2] — \、……、(Vq^1~VQ_2] — \_2，、(Vq~VQ_J — Vy1 ;首級的量化點(diǎn)為大比值ητ粗獷型的，所以中間要插入T個(gè)小比值η的次級精細(xì)型量化點(diǎn)； 次級電阻鏈的對數(shù)化設(shè)計(jì):LAD#e的電阻鏈有T = 個(gè)電阻IT1~R’T，在首級中，已經(jīng)求出尾數(shù)電壓 Uxe = Uay-Vc, Uxg 的變化范圍為(O ~AVe)，AVe = (V(G+1)-VG),VG = ve*nG*T>V(G+1) = V0* n (G+1)*T, AVg為首級級電位Ve的量化步長；理論上Ve~vte+1)中要插入次級中的T個(gè)精細(xì)量化點(diǎn)，Ve~V(e+1)的精細(xì)量化點(diǎn)為:V”Q = Vg = Ve* η= vG*n\v"2 =VG* η2、ν，，3 = VG* η3、……、v'_2 = VG* η (τ' V”h = VG* η (Τ4)，按照比值 η 等比遞增，(v”T = VG* nT = vG+1為首級中下一階量化點(diǎn),排除在插入點(diǎn)之外)，這說明次級電阻鏈只要滿足等比關(guān)系Π并乘一個(gè)系數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)對尾數(shù)電壓的對數(shù)轉(zhuǎn)換；實(shí)際上次級轉(zhuǎn)換不是把精細(xì)量化點(diǎn)插入到\~V_中，而是把首級的尾數(shù)電壓Uxg取出來，Uxg的變化范圍為(O~Λ Vg)，經(jīng)過對應(yīng)放大器FG放大后首級尾數(shù)電壓Uxg擴(kuò)大成首級運(yùn)算級電壓Uye，令放大器Fe的放大倍數(shù)為Vp/ Δ VG, Uye = UXG*VP/ Δ Vg,電壓變化范圍擴(kuò)大至次級的滿量程O~Vp ;運(yùn)算級電壓Uye經(jīng)過采保器CBe采保后成為次級輸入電壓Uey ;而次級電阻鏈中構(gòu)造對數(shù)律量化點(diǎn)是關(guān)鍵，次級電阻鏈中，Rb為任意設(shè)定的虛擬電阻，T個(gè)鏈電阻按照比值η等比遞增:R，I = Rb* η1』，2 = Rb* n2、R，3 = Rb* n3>......、R，T_2 = Rb* n (T-2)、R，T_! = Rb* n (卜1)、R’ T = RB*nT,自然形成T個(gè)按照比值η等比遞增的電位量化點(diǎn):0、V’ I = Vb* η1、V’ 2 =νΒ* η2、V’ 3 = νΒ* η3、……、V’ T_2 = νΒ* η (τ_2)、V’ = VB* n (H)，其量化區(qū)間為:(V，i ~O] — O、(V，2 ~V，J — V，(V，3 ~V，2] — V，2、……、(V，H ~V τ-2] — V τ-2，、(V，τ ~V’ T-J — V’ T-1 ;而V’ T = Vp被排除在該組量化點(diǎn)之外； 至此，該兩級對數(shù)鏈ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換成了對數(shù)式數(shù)字信號，如果在此基礎(chǔ)上，將基礎(chǔ)電阻Re調(diào)整為調(diào)整電阻R*e，R*e = Re~Re/15，并且令R*e =探測器最小有效信號，將調(diào)整電阻R*e減小，會使信噪比曲線在小信號端有些下降，但是使動態(tài)范圍增加。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其進(jìn)一步特征是:基于跟隨開關(guān)的兩級對數(shù)鏈DAC，該DAC的電阻鏈和參考電位鏈都是對數(shù)關(guān)系；接收的對數(shù)律數(shù)字信號為:高位Dtrl~Dtl,低位D’ η~D’ ^ ;高位Dtrl~Dtl對應(yīng)送到首級多路開關(guān)控制端Cltrl~屯，得到首級級電位Ve ;低位D’ η~D’ ^對應(yīng)送到次級多路開關(guān)控制端d’，<~(!’ C1，得到次級級電位V’ B，令b等于(O~T-1)中的某個(gè)點(diǎn)，V’ b稱為次級第b階參考電位點(diǎn)，其中被選通的電位點(diǎn)為次級級電位V’ B ; LDA#0包括三部分:DZLe、JDWKG’和Σ 0U ；DZL0為次級對數(shù)電阻鏈，包括:次級對數(shù)式電阻鏈R’ τ~R’ i，次級對數(shù)式參考電位點(diǎn)V’ ’ ~V’ 0,次級電阻鏈的對數(shù)化設(shè)計(jì)同實(shí)施例 4.1 ； 次級電阻鏈形成T個(gè)參考電位點(diǎn)V’ H、V’ τ_2、…V’ 1、V’ C1，其量化區(qū)間為:(V’ I~O] — V，O、(V，2 ~V，J — V，”(V，3 ~V，2] — V，2、……、(V，H ~V，τ-2] — V，τ-2，、(V’ τ~r T_j — V’ T_i;可知V’ b的量化步長或稱階差Λν’ b = V’ b+1-v’ b;次級級電位開關(guān)JDWKG’控制端d’ t_i~d’ ^接收到低位數(shù)字信號D’ H~D’ ^后，在次級開關(guān)點(diǎn)S’ H~s’ ^中確定一個(gè)選通點(diǎn)S’ b,該選通點(diǎn)特別標(biāo)記為S’ B,選通點(diǎn)S’ B對應(yīng)的電位點(diǎn)V’ b為次級級電位V0b，次級級電位V0b的變化范圍為T個(gè)電位點(diǎn)V’ 0、r 1、…、V’ T_2、V’ H，各個(gè)點(diǎn)的量化區(qū)間分別為:(V’ i ~V’ 0] — V’ O、(V’ 2 ~V’ J — V’ !> (V’ 3 ~V’ 2] — V’ 2、……、(V’ T-!~V’ τ-2] — V’ Τ-2，、(V’ Τ~V’ T-J — V’ T-!,所以次級級電位Vsb對應(yīng)的模擬電壓變化范圍為O~Vp; LDA#a包括四部分:DZLa、SJQH、JDWKG和Σ Au ；DZLa 為首級對數(shù)電阻鏈，包括首級對數(shù)式電阻鏈Rq~R1和Re，首級對數(shù)式參考電位點(diǎn)Vy1~Ve，首級電阻鏈的對數(shù)化設(shè)計(jì)與實(shí)施例4.1相同；令g等于O~(Q-1)中任意數(shù)，每個(gè)首級電位點(diǎn)Vg對應(yīng)接三個(gè)器件:求和器Σ g、縮減器和開關(guān)點(diǎn)Sg，稱為g支路，電位點(diǎn)Vg與電位點(diǎn)Vg+1的電壓稱為電位點(diǎn)Vg階差Λ Vg，三者關(guān)系為AVg = Vg+rVg ； 在與首級級電位Ve相加時(shí)，次級級電位V0b應(yīng)該是以級電位Ve的尾數(shù)電壓身份出現(xiàn)，注意到次級級電位V0h對應(yīng)的模擬電壓變化范圍為O~VP，而電壓變化范圍應(yīng)該為O~Λ Ve才合理，所以對應(yīng)于第g階電位，應(yīng)該將V0b的變化范圍由O~Vp縮減成O~Λ Vg，就需要用一個(gè)縮減器！^來完成這項(xiàng)任務(wù)，還要注意到每階的AVg是不相等的，而是等比變化的，所以每階縮減器^的縮減比例￥8也是等比變化的，令￥g= AVg/VP，則次級級電位V0b變成了縮減值Vvg，縮減計(jì)算為:VVg = V0B* Vg = V0B*AVg/VP，所以電壓變化范圍由V0b的O~Vp縮減成了 Vvg的O~AVg,縮減電壓Vvg就是首級參考電位點(diǎn)Vcm~Ve中第g階的尾數(shù)電壓，等待選通；首級參考電位Vg作為粗獷模擬值，而對應(yīng)的縮減電壓Vvg作為Vg的尾數(shù)電壓是精細(xì)模擬值，Vg與Vvg通過求和器Σ g相加，得到首級粗獷模擬值Vg和次級精細(xì)模擬值Vvg之和，稱參考電位求和值V σ g，首級每個(gè)考電位Vg都對應(yīng)存在一個(gè)參考電位求和值VΣ g等待輸出；當(dāng)首級級電位開關(guān)JDWKG控制端Cltrl~Cltl接收到高位數(shù)字信號Dtrl~Dtl后，確定了首級選通點(diǎn)Se，將對應(yīng)的參考電位求和值V Σ g作為級電位求和值U Σ G輸出到匯總器Σ au，匯總器Σ _實(shí)際上只接收到唯一的級電位求和值Use，作為數(shù)模轉(zhuǎn)換值Uae輸出；至此，兩級對數(shù)鏈DAC轉(zhuǎn)換完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓跟隨開關(guān)的多級并行式ADC及DAC，其進(jìn)一步特征是:基于跟隨開關(guān)的半階式量化點(diǎn)的兩級對數(shù)鏈DAC，在于參考電位點(diǎn)的設(shè)定進(jìn)行了半階化處理，首級半階參考點(diǎn)Ug，首級半階電阻Pg，次級半階參考點(diǎn)U，b，次級半階電阻P’ b ;與原電阻鏈的對應(yīng)關(guān)系為=Ug — Vg, Pg — Rg, U’ b — V’ b，P’ b — R’ b ;所謂半階就是令參考電位點(diǎn)在原有基礎(chǔ)上上移半階，計(jì)算方法為: 參考電位點(diǎn)全部上調(diào)半階，變?yōu)?首級半階參考點(diǎn)Ug = (vg+vg* n)/2,首級半階電阻Pg= (Rg+Rg*n)/2;次級半階參考點(diǎn)U’b= (V’b+V’b*ii)/2，次級半階電阻:P’b =(R’ b+R’ b*n)/2 ;這樣，參考電位點(diǎn)和電阻全部上調(diào)半階。
【文檔編號】H03M1/66GK103986467SQ201310048568
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月7日
【發(fā)明者】陳啟星 申請人:陳啟星