基于AD转换器的高精度电压测量电路的设计与实现.pdf

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4、AGEMEASUREMENTCIRCUITBASEDONADCAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:CircuitsandSystemsAuthor:FanWangAdvisor:Prof.JingfuBaoSchool:SchoolofElectronicEngineering摘要摘要模数转换器是现代测量领域重要的电子器件。高精度模数转换器按照结构分类，通常包括逐次比较型、sigma-delt型、双斜或多斜积分型以及电压频率型。论文研究了一种新型积分过采样模数

5、转换器，该种结构转换器具有较高线性度，千赫兹级信号带宽。它比通用集成模数转换器具有更高的精度性能，而比起常见的高精度专用模数转换器具有更高的采样率，其适用于电能计量仪器中，实现高精度电压测量。为了验证积分过采样理论的正确性以及该种结构转换器的可行性，论文设计了基于集成AD转换器的专用型电压测量或转换电路，其构成了积分过采样模数转换器。论文主要工作为：1.分析积分过采样模数转换器的电路结构与工作过程，对经典量化噪声与过采样理论进行研究，推导出积分过采样模数转换器的信噪比公式以及临界条件。2.分析积分过采样模数转换器的自校准设计方法，研究迭代自校准误差项、电荷注入误差项、集成ADC线

6、性误差项的校准流程以及相应补偿方法。最后分析了补偿放电时间误差的两种方法，分别为量化放电法与直接测量法。3.研究模数转换器的测试理论。首先分析模数转换器测试需遵循的相干条件，然后分析了测量静态误差的直方图测试法以及测量动态精度的FFT测试法。最后使用matlab对模数转换器的线性误差、增益误差、失调误差建模，并对直方图测试法以及FFT测试法进行仿真验证。4.为验证积分过采样理论正确性与可行性，设计与实现18位积分过采样模数转换器。该转换器使用14位集成模数转换器积分过采样16倍，其具有双极性输入电压范围-2~+2V，采样率10kHz。5.搭建测试平台，对该18位积分过采样转换器进

7、行测试。通过码密度测试，得到静态精度：最大DLE小于0.8LSB，最大ILE小于4LSB。通过FFT测试，得到动态精度：噪声和失真总和比为91.87dB，信噪比为92.03dB，总谐波失真比为-105.9dB，无杂散动态范围为-107.3dB，有效位数14.96。关键词：模数转换器，积分过采样，高精度，直方图测试，FFT测试IABSTRACTABSTRACTAnalog-digitalconverterhasbeencriticaldeviceinthefieldofdigita