[发明专利]一种双斜分数阶积分式模数转换器

说明书

本发明涉及一种双斜分数阶积分式模数转换器，包括分数阶积分器、比较器、MCU控制器、时钟发生器和计数器，分数阶积分器包括运算放大器、电阻R和容性分抗元F，运算放大器的反向输入端分别与电阻R的一端和容性分抗元F的一端相连，容性分抗元F的另一端与运算放大器的输出端相连，运算放大器的同相输入端连接到地，电阻R的另一端分别与模拟开关S₁的一端、模拟开关S₂的一端、模拟开关S₃的一端和模拟开关S₄的一端相连。该模数转换器不仅能完成电压的测量，抑制共模干扰，而且与双斜积分式模数转换器相比具有更高的自由度、测量小电压能力更强、测量速度更快的优点。

技术领域

本发明涉及模数转换器技术领域，具体涉及双斜分数阶积分式模数转换器。

背景技术

将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器。模数转换器在现代生活中被广泛应用，从智能手机到互联网，从医疗图像设备到平板电脑，模数转换器在各式各样的电气设备中连接我们周围的实际物理世界至数字信号处理设备。在过去40多年里，随着计算机、通信、多媒体技术的飞速发展，半导体制造工艺技术日益快速进步，促使数字信号处理技术功能更加复杂和多样化，高性能模数转换器已经成为现代数字信号处理系统不可或缺的部分。模数转换器按照工作原理主要分为逐次逼近式、双斜积分式、并行比较式等结构。

双斜积分式模数转换器具有抗串模干扰能力强、对积分元件及时钟信号的稳定性、准确性要求低和测量灵敏度较高的优点，但无法改变积分运算电路的阶次，在积分电路电容确定的情况下，很难再有效的测量更小电压，在第一次积分时间固定和积分器电路电容量固定的情况下，第二次积分的速度很难提高。

分抗(fractance)，是分数阶阻抗(fractional－order impedance)的简称，是具有分数阶微积分(fractional－order calculus，简称分数微积分)运算功能的电子元器件或系统。它是分数阶元件在电磁学、电气电子学、控制理论、信号分析与处理等领域的称谓。使用分抗元件(fractor)，就可以设计与构造分数阶控制系统，实现具有分数微积分运算特性的(线性、非线性)电路与系统——分数阶电路与系统。将分抗元件应用到双斜积分式模数转换器，得到双斜分数阶积分式模数转换器，是一种有益的尝试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双斜分数阶积分式模数转换器，解决双斜积分式模数转换器无法测量较小电压和第二次积分的速度较慢的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双斜分数阶积分式模数转换器，包括分数阶积分器、比较器、MCU控制器、时钟发生器和计数器，所述分数阶积分器包括运算放大器、电阻R和容性分抗元F，所述运算放大器的反向输入端分别与电阻R的一端和容性分抗元F的一端相连，所述容性分抗元F的另一端与运算放大器的输出端相连，所述运算放大器的同相输入端连接到地，所述电阻R的另一端分别与模拟开关S₁的一端、模拟开关S₂的一端、模拟开关S₃的一端和模拟开关S₄的一端相连，所述模拟开关S₁的另一端与被测电压U_in相连，所述模拟开关S₂的另一端与基准电压源-U_ref相连，所述模拟开关S₃的另一端与基准电压源+U_ref相连，所述模拟开关S₄的另一端连接到地，所述运算放大器的输出端与比较器的反向输入端相连，所述比较器的同相输入端连接到地，所述比较器的输出端和时钟发生器的输出端均与MCU控制器的信号输入端相连，所述MCU控制器的信号输出端分别与计数器、模拟开关S₁、模拟开关S₂、模拟开关S₃和模拟开关S₄相连。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。