專利名稱：積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓自動控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字式萬用表的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，更具體地說，涉及一種積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓自動控制器，這種基準(zhǔn)電壓自動控制器能將積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓自動控制得能減小萬用表因積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器中密勒積分器放大器的極限誤差所引起的輸出誤差。
在

圖1所示的普通積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器中，基準(zhǔn)電壓切換電路1用以切換基礎(chǔ)電壓VC和基準(zhǔn)電壓VREF。輸入電壓切換電路2用以切換輸入電壓VIN、基礎(chǔ)電壓VC和基準(zhǔn)電壓VREF?；鶞?zhǔn)電壓切換部分1和輸入電壓切換部分2分別連接到密勒積分器3的運算放大器OP的同相端(+)和倒相端(-)上。
基準(zhǔn)電壓切換電路1有兩個開關(guān)S1和S4，輸入電壓切換電路2有3個開關(guān)S2、S3和S5。
密勒積分器3的輸出端連接到比較電路4，前者包括放大器OP、電阻器R和兩個電容器C1和C2。比較電路4用以將基準(zhǔn)電壓切換電路1提供的基準(zhǔn)電壓與密勒積分器3的輸出電壓VO進行比較。比較電路4包括比較器COMP1和反饋開關(guān)S6。比較電路4的輸出端連接到邏輯電路5，使比較電路4的輸出貯存在邏輯電路5中以便在模-數(shù)轉(zhuǎn)換之后作為數(shù)字信號提供。
在該積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器中，基準(zhǔn)電壓切換電路1中的開關(guān)S1和輸入電壓切換電路2中的開關(guān)S2同時接通，歷時預(yù)定時間T1，如圖2A中所示。也就是說，密勒積分器3的基準(zhǔn)電壓(+)是和基礎(chǔ)電壓VC一起加上的，且電阻器R和電容器C1中沒有電流流過。因此，密勒積分器3中放大器OP的輸出電壓VO與基礎(chǔ)電壓VC相等。
密勒積分器3的輸出電壓VO系加到比較電路4中比較器COMP1的同相端(+)上，并與加到比較器COMP1的倒相端(-)上的基礎(chǔ)電壓VC進行比較。比較部分4提供基礎(chǔ)電壓VC，這時比較電路4中的反饋開關(guān)S6接通，從而使比較部分4提供的基礎(chǔ)電壓VC存儲在邏輯電路部分5中。
另一方面，基準(zhǔn)電壓切換部分1中的開關(guān)S1和輸入電壓切換電路2中的開關(guān)S3同時接通歷時預(yù)定的時間T2。于是基準(zhǔn)電壓切換電路1的輸出基礎(chǔ)電壓VC就這樣保持不變，輸入電壓切換電路2的輸出則變?yōu)檩斎腚妷篤IN。這樣，電阻器R和電容器C1中就有電流通過，且密勒積分器3的輸出電壓VO可用時間的線性函數(shù)表示，如圖2B中所示。即VO=-VINRC1t·············(T1<t<T2)]]>輸出電壓VO的最終值變?yōu)閂C-VIN.T2RC1]]>密勒積分器3的輸出電壓VO與比較電路4中的基礎(chǔ)電壓VC進行比較，于是比較器COMP1的輸出處于低電平狀態(tài)，如圖2C(A)所示。比較電路4的低電平輸出貯存在邏輯電路5中。
圖2C(B)示出了輸入電壓VIN的電壓值是小于基礎(chǔ)電壓VC的負值時密勒積分器3的輸出電壓VO。在圖2B(B)中，輸出電壓VO以如下的線性函數(shù)表示VO=VINRC1t···········(T1<t<T2)]]>其中最大值為(VIN/RC1)T2。密勒積分器3的輸出電壓VO系加到比較電路4上，且以高電平狀態(tài)提供，如圖2C(B)所示。
另一方面，基準(zhǔn)電壓切換電路1中的開關(guān)S4與輸入電壓切換電路2中的開關(guān)S2同時接通，歷時預(yù)定時間T3，如圖2A中所示。也就是說，密勒積分器3的基準(zhǔn)電壓成為基礎(chǔ)電壓VC與基準(zhǔn)電壓VREF的和，同時輸入電壓VIN為基礎(chǔ)電壓VC。
圖2B(A)示出了密勒積分器3輸出電壓VO的線性時間函數(shù)，其中VO=VREF+1RC1(VREF)t··············(T2<t<T3)]]>同樣，密勒積分器3的輸出與比較電路4中的參考電壓進行比較，然后供到邏輯電路5中存儲起來，從而使比較電路5提供數(shù)字輸出。
相反，若在歷時預(yù)定時間T3中接通的是基準(zhǔn)電壓切換電路1中的開關(guān)S1和輸入電壓切換電路2中的開關(guān)S5，而不是開關(guān)S2和S4，密勒積分器3上供有輸入電壓VREF+VC。于是密勒積分器3的輸出電壓VO可表示如下VO=VC-VREFRC1t··············(T2<t<T3)]]>此外，密勒積分器3的輸出電壓VO也加到比較部分4上，以便與基準(zhǔn)電壓Vt進行比較，并以高電平狀態(tài)提供。
圖2B示出了所有的預(yù)定時間T1-T3。數(shù)字輸出信號是通過重復(fù)上述步驟提供的。但這里有這樣一個問題，即數(shù)字輸出信號由于密勒積分器3中放大器OP的極限誤差而不能精確地與輸入電壓VIN一致。為解決這個問題，必須相應(yīng)地手動控制基準(zhǔn)電壓VREF。
本發(fā)明的目的將提供積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的一種能根據(jù)輸入電壓自動控制基準(zhǔn)電壓切換電路的基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓自動控制器。
按照本發(fā)明所提供的積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓自動控制器包括一基準(zhǔn)電壓切換電路、一輸入電壓切換電路、一密勒積分器、一比較電路、一邏輯電路、和一基準(zhǔn)電壓自動控制裝置，用以通過自動控制所述基準(zhǔn)電壓切換電路的基準(zhǔn)電壓來減小積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器因密勒積分器中放大器的極限誤差所引起的輸出誤差。
從下面結(jié)合附圖對最佳實施例所作的說明可以更清楚地了解本發(fā)明的上述和其它目的、特點和優(yōu)點。附圖中圖1是普通積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的詳細電路圖；圖2A是普通積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入波形；圖2B是圖1中所示的密勒積分器的輸出波形；圖3是本發(fā)明積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓自動控制器的詳細電路圖；圖4是圖3所示的控制電路的詳細電路圖；圖5則是圖3所示的分壓器的詳細電路圖。
現(xiàn)在參照附圖更詳細地說明本發(fā)明的內(nèi)容。
圖3示出了本發(fā)明積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓自動控制器。圖3中，積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器100包括基準(zhǔn)電壓切換電路1、輸入電壓切換電路2、密勒積分器3、比較電路4和邏輯電路5。
基準(zhǔn)電壓自動控制裝置200包括模-數(shù)轉(zhuǎn)換器7、比較電路8、控制電路9和基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路10。比較電路8包括分壓器8-1和比較器COMP2?？刂齐娐?包括一“與非”門、一遞增/遞減計數(shù)器9-1、一二進制計數(shù)器9-2、一邊緣檢測器和鎖存器9-3和一“與門”?；鶞?zhǔn)電壓設(shè)定電路包括一恒壓源10-1和一多路轉(zhuǎn)換器10-2。
更詳細地說，基準(zhǔn)電壓切換電路1是用以將基礎(chǔ)電壓VC與基準(zhǔn)電源VREF相互轉(zhuǎn)換，并連接得密勒積分器3中放大器OP的同相端(+)上。輸入電壓切換電路連接到放大器OP的倒相端，并從輸入電壓VIN、基準(zhǔn)電壓VREF和基礎(chǔ)電壓VC選擇其輸入電壓。
基準(zhǔn)電壓切換電路1包括兩個開關(guān)S1和S4，輸入電壓基準(zhǔn)電路2包括3個開關(guān)S2、S3和S5。密勒積分器3包括放大器OP、電阻器R和兩個電容器C1和C2。其次，比較電路4是用來將密勒積分器3的輸出電壓VO與基準(zhǔn)電壓切換電路1提供的基準(zhǔn)電壓進行比較，并連接到密勒積分器3的輸出端。此比較電路4包括比較器COMP1和反饋開關(guān)S6。此外，比較電路4還連接有邏輯電路5，以便存儲來自比較電路4的輸出信號，并將其作為數(shù)字信號提供。另外，邏輯電路5的輸出端還連接有一n位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，用以將從m位數(shù)字信號中選擇n位數(shù)字信號，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號。
另一方面，密勒積分器3的同相端(+)上連接有開關(guān)S1，S3，S4和S5，用以在基準(zhǔn)電壓VREF被作為密勒積分器3的基準(zhǔn)電壓自動加以控制時提供基準(zhǔn)電源VREF。分壓器8-1也連接到同相端(+)上，用以在開關(guān)SW2接通時對輸入的基準(zhǔn)電源VREF進行分壓。
此外，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器7的輸出端也與比較電路8的比較部分8-2連接起來，以便將模-數(shù)轉(zhuǎn)換器7的輸出電壓與加到積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器100中基準(zhǔn)電壓切換電路1上的基準(zhǔn)電壓進行比較。
比較部分8-2連接到分壓器8-1的輸出端且包括一比較器COMP2。比較器COMP2與控制電路9和“與非”門連接，該“與非門”則由用于自動控制基準(zhǔn)電壓VREF的自動控制驅(qū)動信號和積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器100中邏輯電路5的輸出信號T1所驅(qū)動?！芭c非”門的輸出端與遞增/遞減計數(shù)器9-1連接，計數(shù)器9-1根據(jù)“與非”門的輸出信號和比較部分8-2中比較器COMP2的輸出信號Vstat遞增或遞減計數(shù)。
此外，二進制計數(shù)器9-2還與“與非”門和比較器COMP2的輸出端相連接。其次，二進制計數(shù)器9-2上還連接有一邊緣檢測器和鎖存器9-3，用以在延時之后提供二進制計數(shù)器9-2的輸出信號。也就是說，邊緣檢查器和鎖存器9-3的輸出在基準(zhǔn)電壓VREF受到自動控制期間處于高電平狀態(tài)，當(dāng)基準(zhǔn)電源VREF的自動控制完畢之后，該輸出處于低電平狀態(tài)。
邊緣檢測器和鎖存器9-3的輸出信號以及控制基準(zhǔn)電源VREF的自動控制驅(qū)動信號分別加到“與”門的兩個輸入端上。若“與”門的輸出信號TI處于高電平狀態(tài)，則基準(zhǔn)電源VREF加到密勒積分器3中放大器OP的倒相端(-)上，歷時預(yù)定時間T2，如圖2所示，若“與”門的輸出信號TI處于低電平狀態(tài)，則輸入電壓VIN加到放大器OP的倒相端(-)上，使放大器OP進入正常狀態(tài)。
另一方面，多路轉(zhuǎn)換器10-2介在提供N個基準(zhǔn)電壓的恒壓源10-1與控制電路9中的遞增/遞減計數(shù)器9-1之間，從而選取n個基準(zhǔn)電壓的其中一個作為基準(zhǔn)電壓VREF?；鶞?zhǔn)電壓設(shè)定電路10包括恒壓源10-1和多路轉(zhuǎn)換器10-2。
來自基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路10中多路轉(zhuǎn)換器10-2的基準(zhǔn)電壓VREF加到基準(zhǔn)電壓切換電路1中的開關(guān)S4和輸入電壓切換電路2中的開關(guān)S5上。若控制電路9的輸出信號TI處于高電平狀態(tài)，則開關(guān)SW2接通，從而使基準(zhǔn)電壓VREF加到密勒積分器3上，歷時預(yù)定時間T2，如圖2所示。
此外，開關(guān)SW3介于輸入電壓切換電路2的開關(guān)S3與輸入電壓VIN的輸入端子之間，用以根據(jù)控制電路9的輸出信號TI將輸入電壓VIN加到密勒積分器3的倒相端(-)上，歷時預(yù)定時間T2。
在本發(fā)明中，若邏輯電路5提供數(shù)字信號，則驅(qū)使基準(zhǔn)電壓自動控制裝置200自動控制基準(zhǔn)電壓VREF。于是就把加到控制電路9的自動控制驅(qū)動信號設(shè)定到高電平狀態(tài)。
這時，控制電路9的初始設(shè)定信號就加到多路轉(zhuǎn)換器10-2上，初始基準(zhǔn)電壓VREF1就加到積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器100上。這時控制電路9中“與非”門的輸出就處于低電平狀態(tài)，并加到二進制計數(shù)器9-2的時鐘端CLK上。于是對二進制計數(shù)器9-2的驅(qū)動就停下來，同時邊緣檢測器和鎖存器9-3的輸出端轉(zhuǎn)入低電平狀態(tài)。
這時控制電路中“與”門的輸出端就置于高電平狀態(tài)，從而使連接到多路轉(zhuǎn)換器10-2輸出端的開關(guān)SW1和連接到開關(guān)SW1的開關(guān)SW2接通。這時開關(guān)SW3斷開，從而使輸入電壓VIN不加到密勒積分器3的輸入端子上，歷時如圖2所示的預(yù)定時間T2。于是初始基準(zhǔn)電壓VREF1加到積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器100中密勒積分器3的輸入端上，歷時時間T2。
另一方面，初始基準(zhǔn)電壓VREF1加到連接到開關(guān)SW2一端的分壓器8-1，然后來自分壓器8-1的輸出VREF“加到比較器COMP1上，其中分壓器8-1的輸出電壓VREF”由邏輯電路5的數(shù)值輸出值與所選取的輸出值的比較確定如下VREF′=VREF1×(nm)]]>此外，加到密勒積分器3的初始基準(zhǔn)電壓VREF1也作為數(shù)字信號通過積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器100中的邏輯電路5提供。該數(shù)字信號由n位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器7轉(zhuǎn)換成模擬信號VREF′。
比較器COMP2將模-數(shù)轉(zhuǎn)換器7的模擬電壓VREF′與分壓器8-1的輸出電壓進行比較，這時比較部分8-2的輸出信號Vstat加到遞增/遞減計數(shù)器9-1上，從而使計數(shù)器9-1根據(jù)比較電路8的輸出信號Vstat遞增或遞減計數(shù)。
因此，若輸出信號VREF′大于模-數(shù)轉(zhuǎn)換器7的輸出信號VREF′，則比較部分8-2的輸出信號Vstat處于高電平狀態(tài)，而且遞增/遞減計數(shù)器9-1遞減計數(shù)，因為初始基準(zhǔn)電壓VREF1被視為非常大。
但若模-數(shù)轉(zhuǎn)換器7的輸出信號VREF′小于分壓器8-1的輸出信號VREF′，則比較部分8-2的輸出信號Vstat處于低電平狀態(tài)，而且遞增/遞減計數(shù)器9-1遞增計數(shù)，因為初始基準(zhǔn)電壓VREF1被視為非常小。
于是，控制電路9的輸出信號就加到基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路10中的多路轉(zhuǎn)換器10-2上，由此，再次選取恒壓源10-1的n個基準(zhǔn)電壓中的一個。此選取的基準(zhǔn)電壓加到積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器中的基準(zhǔn)電壓切換電路1上。重復(fù)這些步驟，直到分壓部分8-1的輸出電壓VREF′與模-數(shù)轉(zhuǎn)換器7的輸出電壓VREF′一致為止。
也就是說，若遞增/遞減計數(shù)器9-1遞減計數(shù)，從而使基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路10的基準(zhǔn)輸出電壓下降，使分壓器8-1的輸出電壓VREF′小于模-數(shù)轉(zhuǎn)換器7的輸出電壓VREF′，則比較電路8中比較器COMP2的輸出Vstat轉(zhuǎn)入低電平狀態(tài)，同時控制電路9中的遞增/遞減計數(shù)器9-1進入鎖定狀態(tài)。
同樣，若遞增/遞減計數(shù)器遞增計數(shù)器，從而使分壓器8-1的輸出電壓VREF′大于輸出電壓VREF′，則比較器COMP2的輸出信號Vstat轉(zhuǎn)入高電平狀態(tài)，同時遞增/遞減計數(shù)器9-2也進入鎖定狀態(tài)，這時多路轉(zhuǎn)換器10-2的控制信號不變。此外，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路10的基準(zhǔn)輸出電壓VREF不變?；鶞?zhǔn)電壓VREF被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并加到積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器上。
積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器100的數(shù)字輸出在模-數(shù)轉(zhuǎn)換器7進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換之后加到比較電路8中的比較器COMP2上。若比較器COMP2的輸出信號Vstat是可調(diào)的，則重置基準(zhǔn)電壓VREF，但若是固定不變的，則控制電路中邊緣檢測器和鎖存器9-3的輸出信號轉(zhuǎn)入高電平狀態(tài)，且“與”門處于低電平狀態(tài)，從而使開關(guān)SW1和SW2斷開。
另一方面，經(jīng)由連接到“與”門的輸出端的倒相器INV提供的倒相信號TI使開關(guān)SW3接通。于是，輸入電壓VIN經(jīng)由開關(guān)SW3加到積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器100上，從而使模-數(shù)轉(zhuǎn)換器100正常工作。
如上所述，本發(fā)明能通過自動控制基準(zhǔn)電壓減少數(shù)字輸出信號因積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的極限誤差而引起的誤差。此外，只要把基準(zhǔn)電壓自動控制裝置連接到普通積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出級，本發(fā)明就可以廣泛應(yīng)用于普通的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器上。
本發(fā)明決不受上述實施例的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，參照本發(fā)明的說明書是可以對本發(fā)明所公開的實施例和其它實施例進行種種修改的。因此，可以認(rèn)為，本發(fā)明說明書所附的權(quán)利要求書包括任何這類修改或?qū)嵤┓桨?，因為它們都屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓自動控制器，包括一基準(zhǔn)電壓切換電路、一輸入電壓切換電路-用以將固定的基礎(chǔ)電壓與可調(diào)的基準(zhǔn)電壓相互切換、一密勒積分器、一比較電路和一邏輯電路；其特征在于，對該基準(zhǔn)電壓自動控制器進行了下列改進一基準(zhǔn)電壓自動控制裝置，用以通過自動控制所述基準(zhǔn)電壓切換電路的基準(zhǔn)電壓減少所述積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器因所述密勒積分器中放大器的極限誤差引起的輸出誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的基準(zhǔn)電壓自動控制器，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓自動控制裝置包括一數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，用以把所述積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；一比較電路，用以將所述數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的輸出與加到所述基準(zhǔn)電壓切換電路的基準(zhǔn)電壓進行比較；一基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路，用以提供各種基準(zhǔn)電壓；一控制電路，用以由所述比較電路的輸出信號控制基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路的基準(zhǔn)電壓；一開關(guān)，用以切斷連接到基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路的輸出端和積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器100的輸入端的輸入電壓，從而在基準(zhǔn)電壓自動控制過程中切斷來自所述積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓；和一個使積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器正常工作的開關(guān)，該開關(guān)將所述輸入電壓在基準(zhǔn)電壓自動控制之后加到所述積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基準(zhǔn)電壓自動控制器，其特征在于，所述比較電路包括一開關(guān)，響應(yīng)于切斷輸入電壓用的所述開關(guān)的接通而被接通；一分壓器；連接到所述開關(guān)的輸出端上，使積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器正常工作，從而對加到所述積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，的所述基準(zhǔn)電壓進行分壓，以及一比較器，用以將所述數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的輸出與所述分壓器的輸出進行比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基準(zhǔn)電壓自動控制器，其特征在于，所述控制電路包括一“與非”門，由所述積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器中所述邏輯電路提供的計時信號和自動控制驅(qū)動信號來驅(qū)動；一遞增/遞減計數(shù)器，用以根據(jù)所述比較電路的輸出給所述基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路提供控制信號；一二進制計數(shù)器，連接到所述“與非”門的輸出端，用以對所述“與非”門的輸出進行計數(shù)；一邊緣檢測器和鎖存器，用以在基準(zhǔn)電壓自動控制期間提供高電平信號，而為所述積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的正常工作提供低電平信號；和一“與”門，連接到所述邊緣檢測器和鎖存器以及所述比較電路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基準(zhǔn)電壓自動控制器，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路包括一恒壓源，用以提供多個參考電壓；和一多路轉(zhuǎn)換器，用以根據(jù)所述控制電路的輸出從所述恒壓源選取所述基準(zhǔn)電壓的其中一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基準(zhǔn)電壓自動控制器，其特征在于，用微計算機代替所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述比較電路和所述控制電路。
全文摘要
一種積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓自動控制器，包括一基準(zhǔn)電壓切換電路、一輸入電壓切換電路、一密勒積分器、一比較電路、一邏輯電路和一基準(zhǔn)電壓自動控制裝置，用以減少積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出誤差。按照本發(fā)明，數(shù)字輸出信號因積分式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的極限誤差而引起的誤差可通過基準(zhǔn)電壓的自動控制而減小。
文檔編號H03M1/10GK1053718SQ9010894
公開日1991年8月7日 申請日期1990年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月25日
發(fā)明者方三龍 申請人:三星電子株式會社