[发明专利]模数直算转换法与模拟-数字级联转换器及其应用

权利要求书

1.一种模数直算转换法，即模拟信号与数字信号的直接计算转换方法，其特征在于： 模数直算转换由n级模数转换组成，各级模数转换的工作参数、功能及过程相同， 每级模数转换为一位的模数直算转换，其输入为一个模拟信号、输出为一位数字 信号及一个级联信号，输出级联信号的范围与输入模拟信号的范围相同；各级模 数转换采用级联方式组成n级模数转换，整个n级模数转换输入需转换的模拟信 号、输出n位的数字信号、并输出一个级联信号，完成模拟信号至数字信号的转 换功能；所述的级联方式，将前级输出的级联信号作为后级的模拟信号输入，形 成一个信号单向传递的链式信号处理程序及过程，各级模数转换的数字信号并行 输出，即：需转换的模拟信号进入第一级模数转换，通过运算，第一级模数转换 输出最高一位的数字信号并同时输出一个级联信号，该级联信号输至次一级的模 数转换，次级模数转换输出次高一位的数字信号并同时输出次高位的一个级联信 号，该级联信号输至再下一级的模数转换，如此直至第n级模数转换；信号运算 处理过程中，各级模数转换的数字信号所表示对应的模拟量则统一设置、直接共 用；所述的每级模数转换，输入需转换的模拟信号，通过将模拟信号与零电平即 地电平的比较得到输入模拟量的极性信号，将极性信号进行适当电平转换作为模 数转换的一位数字信号输出；同时计算输入模拟量与输出数字信号所表示对应的 模拟量之差即残差信号，残差信号经2倍的放大作为一个级联信号输出；模拟输 入信号的最大摆幅即模拟输入量的最大绝对值则为数字信号所表示对应模拟量 绝对值的2倍，级联输出信号的范围与模拟输入信号的范围相同。

2.一种采用如权利要求1所述的模数直算转换法的简约型模拟-数字级联转换器， 采用双电源方式供电，有一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vb和正电 源端+Vb、一个模拟信号输入端AI、一组n位数字信号输出端D1～Dn、一个级联 信号输出端AO；其特征在于：n位简约型模拟-数字级联转换器由n个结构参数 完全相同的简约型AD转换单元级联组成，每个简约型AD转换单元有一个接地 端GND、二个电源端即负电源端-Vb和正电源端+Vb、一个模拟信号输入端、一 位数字信号输出端、一个级联信号输出端，即：第i个AD转换单元有一个接地 端GND、二个电源端即负电源端-Vb和正电源端+Vb、一个模拟信号输入端zai、 一位数字信号输出端zdi、一个级联信号输出端zgi，第j＝i+1个AD转换单元有 一个接地端GND、二个电源端即负电源端-Vb和正电源端+Vb、一个模拟信号输 入端zaj、一位数字信号输出端zdj、一个级联信号输出端zgj；第一个AD转换单 元的模拟信号输入端za1接为转换器的模拟信号输入端AI，第i个AD转换单元 的数字信号输出端zdi接为转换器的数字信号输出端Di，前一个AD转换单元的 级联信号输出端zgi与后一个AD转换单元的模拟信号输入端zaj相连接，第j个 AD转换单元的数字信号输出端zdj接为转换器的数字信号输出端Dj，第n个即 最后一个AD转换单元的级联信号输出端zgn接为转换器的级联信号输出端AO， n个AD转换单元的接地端连接在一起并接为转换器接地端GND，n个AD转换 单元的正负电源端分别相连接并分别接为转换器的正负电源端+Vb与-Vb。

3.按权利要求2所述的简约型模拟-数字级联转换器，其特征在于：所述的简约型 AD转换单元由电压比较器、同相电平转换环节、运算放大器、2个阻值相同的 电阻组成，即：第i个AD转换单元由电压比较器Bi1、同相电平转换环节、运 算放大器Ai2、阻值均为R的电阻Ri1与Ri2组成；比较器Bi1的负输入端接AD 转换单元的接地端GND，比较器Bi1的正输入端接为AD转换单元的模拟信号输 入端zai，比较器Bi1输出模拟信号极性电压、其输出端与电平转换环节的信号输 入端连接，电平转换环节的公共端接AD转换单元的接地端GND，电平转换环节 的信号输出端接为AD转换单元的数字信号输出端zdi，运放Ai2的正输入端接 AD转换单元的模拟信号输入端zai，运放Ai2的负输入端通过电阻Ri1与比较器 Bi1的输出端相连接，电阻Ri2跨接在运放Ai2的输出端与负输入端之间，运放 Ai2的输出端接为AD转换单元的级联信号输出端zgi，比较器Bi1与运放Ai2的 正负电源端分别相连接并分别接为AD转换单元的正负电源端+Vb与-Vb。