专利名称：用于调节adc系统中前置放大器共模电压的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种ADC系统中的动态范围调节的系统及方法，特别涉及一种用于调节ADC 系统中前置放大器共模输出电压的系统及方法。
背景技术：
ADC即Analog-to-Digital Converter的縮写，指模拟/数字转换器。真实世界的信号均 为模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，然而，现有技术的处理器多为数字处理器， 因此，需要将真实世界的模拟信号转换成更容易储存、处理和发射的数字信号。模拟/数字转 换器可以实现这个功能，在各种不同的产品中都可以找到它的身影。
对于ADC，其分辨率十分重要，ADC的分辨率对于模拟信号向数字信号转换过程中的转换 精度有直接重要的影响，为了提高ADC的分辨率，需要尽可能的用满ADC的动态范围，然而， 请参阅图1，图1为现有技术的ADC系统，其包括了前置放大器AMPLIFIER及实行模数转换的 模数转换器ADC;然而，由于前置放大器的共模偏置电压输入端的输入电压Vocm由模数转换 器ADC的参考电压Vref提供，而参考电压Vref是不变的，因此，前置放大器AMPLIFIER的 共模输出电压也是不变的，进而造成模数转换器ADC的动态范围固定不变，为了防止失真， 模数转换器ADC的动态范围不能用满。
因此，如何提供一种调节系统及调节方法，能够调节模数转换器ADC的动态范围，已成 为本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的所要解决的技术方案是提供一种用于调节ADC中前置放大器共模输出电压的系 统及方法，以解决现有技术的不足。
为解决上述技术方案，本发明提供一种用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统， 所述ADC系统包括前置放大器、及与所述前置放大器相连接且用于进行模拟数字转换的模数 转换器，所述前置放大器具有电压输入端和共模偏置电压输入端，所述用于调节ADC系统中 前置放大器共模电压的系统包括 一具有数字电位器的分压模块，由一电压源供电，与所述 共模偏置电压输入端相连接，用于向所述共模偏置电压输入端提供可变电压； 一数字信号处理器，其输出端与所述数字电位器的控制端相连接，用于采集所述模数转换器的数字输出信 号，并根据N次采集的数字输出信号是否一直位于预设的高位范围或低位范围内而调节所述 数字电位器，其中，所述高位范围的最大值不大于所述模数转换器的高位输出额度，所述低 位范围的最小值不小于所述模数转换器的低位输出额度，N为一预先设定的数值。
较佳的，所述分压模块包括一第一电阻、 一第二电阻、及所述数字电位器形成的串联电 路、其中，所述串联电路任意两电阻的公共节点与所述前置放大器的共模偏置电压输入端相 连接。
较佳的，所述高位范围和所述低位范围分别为一定值。 较佳的，所述Hi压源为所述模数转换器的参考电压。
本发明还提供一种用于调节ADC系统中前置放大器共模输出电压的方法，采用如权利要 求l所述的系统，包括以下步骤步骤A、所述数字信号处理器对所述模数转换器的数字输出 信号采集N次，并判断N次采集的数字输出信号是否一直位于预设的高位范围或低位范围， 其中，所述高位范围的最大值不大于所述模数转换器的高位输出额度，所述低位范围的最小 值不小于所述模数转换器的低位输出额度；步骤B、若一直位于预设的高位范围，则所述数字 信号处理器调节所述数字电位器，使其阻值降低；步骤C、若一直位于预设的低位范围，则所 述数字信号处理器调节所述数字电位器，使其阻值升高。
较佳的，所述模数转换器为8位，所述高位范围为253-255。
较佳的，所述模数转换器为12位，所述高位范围为4093-4095。
较佳的，所述低位范围为0-3。
较佳的，所述高位范围和所述低位范围分别为一高位定值及一低位定值，所述高位定值 为255或4095，所述低位定值为0。
本发明的有益效果在于通过调节前置放大器的共模偏置电压，调节了模数转换器的动 态范围，避免失真的产生。
图1为现有技术的ADC转换系统。
图2为本发明提供的用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统与ADC系统的连接 关系示意图。
具体实施例方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
请参阅图2， 一种用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统，所述ADC系统包 括前置放大器U1、及与前置放大器U1相连接且用于进行模拟数字转换的模数转换器U3，前 置放大器Ul具有模拟信号输入端Vin和共模偏置电压输入端Vocm，并根据共模偏置电压输 入端Vocm的输入电压向模数转换器U3提供输入偏置电压，也就是向模数转换器U3提供动 态范围，所述用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统包括 一具有数字电位器U2 的分压模块，由一电压源供电，与共模偏置电压输入端Vocm相连接，用于向共模偏置电压输 入端Vocm提供可变电压；及一数字信号处理器U4，其输出端与数字电位器U2的控制端相连 接，用于采集模数转换器U3的数字输出信号DIGITAL OUTPUTS,并根据N次采集的数字输 出信号DIGITAL OUTPUTS是否一直位于预设的高位范围或低位范围内而调节数字电位器 U2，其中，所述高位范围的最大值不大于模数转换器ADC的高位输出额度，所述低位范围的 最小值不小于模数转换器ADC的低位输出额度，N为一预先设定的数值。且，前置放大器Ul 相当于图1中的前置放大器AMPLIFIER,模数转换器U3相当于图1中的模数转换器ADC， 数字电位器U2相当于一个可调节电阻值的电阻。
进一步的，所述高位范围和所述低位范围分别为一定值。
进一步的，所述分压模块还包括一第一电阻R1及一第二电阻R2，数字电位器U2、第一 电阻Rl及第二电阻R2串联，所述分压模块一端连接所述电压源， 一端接地，前置放大器的 共模偏置电压输入端Vocm连接数字电位器U2、第一电阻Rl及第二电阻R2中的任意两者的公 共节点。
进一步的，数字电位器U2、第一电阻R1及第二电阻R2顺次串联，数字电位器U2—端 连接所述电压源，第二电阻R2—端接地，前置放大器U1的共模偏置电压输入端Vocm连接 第一电阻R1及第二电阻R2。
进一步的，所述电压源为所述模数转换器的参考电压Vrcf。
进一步的，Ul的共模电压-参考电压VrefXR2/(R2+Rl+Rx)，其中，Rx为数字电位器U2 的电阻；
进一步的，在采用其他电压源替代参考电压Vref的情况下-Ul的共模电压-电压源电压XR2/(R2+Rl+Rx)。
一种用于调节ADC系统中前置放大器共模输出电压的方法，采用如权利要求1所述的系 统，包括以下步骤步骤A、数字信号处理器U4对模数转换器U3的数字输出信号DIGITAL OUTPUTS采集 N次，并判断N次所采集的数字输出信号DIGITAL OUTPUTS是否一直位于预设的高位范围 或低位范围，其中，所述高位范围的最大值不大于模数转换器ADC的高位输出额度，所述低 位范围的最小值不小于所述模数转换器的低位输出额度，N为一预先设定的数值；
步骤B、若一直位于预设的高位范围，说明模数转换器U3的动态范围过小，采集信号出 现失真，则数字信号处理器DSP调节数字电位器U2，使其阻值Rx降低，从而使前置放大器 Ul的共模偏置输入电压增大，进而扩大模数转换器U3的动态范围；
步骤C、若一直位于预设的低位范围，说明模数转换器U3的动态范围过大，则数字信号 处理器DSP调节数字电位器U2，使其阻值Rx升高，从而使前置放大器U1的共模偏置输入电 压减小，进而减小模数转换器U3的动态范围。
进一步的，若模数转换器U3为8位模数转换器，设定所述高位范围为253-255，则若数 字输出信号DIGITAL OUTPUTS采集N次的值一直处于253-255，则判定模数转换器U3的输 入电压需要升高，通过数字信号处理器U4降低数字电位器U2的电阻，从而使所述分压模块 的输出电压升高，也就是升高了共模偏置电压Vocm，从而使前置放大器U1的共模输出电压 升高，扩大了模数转换器U3的动态范围。
进一步的，若模数转换器U3为8位模数转换器，设定所述高位范围为一定值255，则若 数字输出信号DIGITAL OUTPUTS采集N次的值一直为255，则判定模数转换器U3的输入电 压需要升高，通过数字信号处理器U4降低数字电位器U2的电阻，从而使所述分压模块的输 出电压升高，也就是升高了共模偏置电压Vocm，从而使前置放大器U1的共模输出电压升高， 扩大了模数转换器U3的动态范围。
进一步的，若模数转换器U3为12位模数转换器，设定所述高位范围为4093-4095,则若 数字输出信号DIGITAL OUTPUTS采集N次的值一直处于4093-4095，则判定模数转换器U3 的输入电压需要升高，通过数字信号处理器U4降低数字电位器U2的电阻，从而使所述分压 模块的输出电压升高，也就是升高了共模偏置电压Vocm,从而使前置放大器U1的共模输出 电压升高，扩大了模数转换器U3的动态范围。
进一步的，若模数转换器U3为12位模数转换器，设定所述高位范围为一定值4095,则 若数字输出信号DIGITAL OUTPUTS采集N次的值一直为4095，则判定模数转换器U3的输 入电压需要升高，通过数字信号处理器U4降低数字电位器U2的电阻，从而使所述分压模块 的输出电压升高，也就是升高了共模偏置电压Vocm，从而使前置放大器U1的共模输出电压 升高，扩大了模数转换器U3的动态范围。
7相应的，若模数转换器U3为其他位数，则高位范围根据其能够输出的最大数值做相应调整。
进一步的，设定所述低位范围为0-3，则若数字输出信号DIGITAL OUTPUTS采集N次 的值一直处于0-3,则判定模数转换器U3的输入电压需要降低，通过数字信号处理器U4升 高数字电位器U2的电阻，从而使所述分压模块的输出电压降低，也就是降低了共模偏置电压 Vocm，从而使前置放大器U1的共模输出电压降低，减小了模数转换器U3的动态范围。
进一步的，设定所述低位范围为一定值0，则若数字输出信号DIGITAL OUTPUTS采集N 次的值一直为0，则判定模数转换器U3的输入电压需要降低，通过数字信号处理器U4升高 数字电位器U2的电阻，从而使所述分压模块的输出电压降低，也就是降低了共模偏置电压 Vocm，从而使前置放大器U1的共模输出电压降低，减小了模数转换器U3的动态范围。
本发明提供的用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统及方法，通过调节前置放 大器的共模偏置电压，来调节模数转换器的动态范围，避免了信号失真。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。本发明的要点在于通过数字信号处 理器控制可调分压模块，改变前置放大器的共模偏置电压输入端的电压，从而改变模数转换 器的动态范围，任何不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换，如将由第一电阻、第 二电阻及数字电位器组成的可调分压模块，替换为由第二电阻或第一电阻及数字电位器组成 的可调分压模块；或改变第一电阻、第二电阻及数字电位器的相对位置；或采用其他电压源 替代参考电压Vref;或由判断采集N次的信号数值变为判断在一定时间内的信号的数值等， 均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1、一种用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统，所述ADC系统包括前置放大器、及与所述前置放大器相连接且用于进行模拟数字转换的模数转换器，所述前置放大器具有电压输入端和共模偏置电压输入端，其特征在于，所述用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统包括一具有数字电位器的分压模块，由一电压源供电，与所述共模偏置电压输入端相连接，用于向所述共模偏置电压输入端提供可变电压；一数字信号处理器，其输出端与所述数字电位器的控制端相连接，用于采集所述模数转换器的数字输出信号，并根据N次采集的数字输出信号是否一直位于预设的高位范围或低位范围内而调节所述数字电位器，其中，所述高位范围的最大值不大于所述模数转换器的高位输出额度，所述低位范围的最小值不小于所述模数转换器的低位输出额度，N为一预先设定的数值。
2、 如权利要求1所述的用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统，其特征在于 所述分压模块包括一第一电阻、 一第二电阻、及所述数字电位器形成的串联电路、其中，所 述串联电路任意两电阻的公共节点与所述前置放大器的共模偏置电压输入端相连接。
3、 如权利要求1所述的用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统，其特征在于 所述高位范围和所述低位范围分别为一定值。
4、 如权利要求1所述的用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统，其特征在于 所述电压源为所述模数转换器的参考电压。
5、 一种用于调节ADC系统中前置放大器共模输出电压的方法，采用如权利要求1所述 的系统，其特征在于，包括以下步骤步骤A、所述数字信号处理器对所述模数转换器的数字输出信号采集N次，并判断N次 采集的数字输出信号是否一直位于预设的高位范围或低位范围，其中，所述高位范围的最大 值不大于所述模数转换器的高位输出额度，所述低位范围的最小值不小于所述模数转换器的 低位输出额度；步骤B、若一直位于预设的高位范围，则所述数字信号处理器调节所述数字电位器，使 其阻值降低；步骤C、若一直位于预设的低位范围，则所述数字信号处理器调节所述数字电位器，使 其阻值升高。
6、 如权利要求5所述的用于调节ADC系统中前置放大器共模输出电压的方法，其特征 在于所述模数转换器为8位，所述高位范围为253-255。
7、 如权利要求5所述的用于调节ADC系统中前置放大器共模输出电压的方法，其特征 在于所述模数转换器为12位，所述高位范围为4093-4095。
8、 如权利要求5所述的用于调节ADC系统中前置放大器共模输出电压的方法，其特征 在于.*所述低位范围为0-3。
9、 如权利要求5所述的用于调节ADC系统中前置放大器共模输出电压的方法，其特征 在于所述高位范围和所述低位范围分别为一高位定值及一低位定值，所述高位定值为255 或4095，所述低位定值为O。
全文摘要
本发明揭示了一种用于调节ADC系统中前置放大器共模电压的系统，包括用于向一共模偏置电压输入端提供可变电压的具有数字电位器的分压模块；及根据N次采集的一数字输出信号是否一直位于预设的高位范围或低位范围内而调节所述数字电位器的一数字信号处理器；本发明还提供一种用于调节ADC系统中前置放大器共模输出电压的方法，包括判断N次采集的数字输出信号是否一直位于预设的高位范围或低位范围，若一直位于预设的高位范围，则降低数字电位器的阻值，若一直位于预设的低位范围，升高数字电位器的阻值的步骤。本发明的有益效果在于通过调节前置放大器的共模偏置电压，调节了模数转换器的动态范围，避免失真的产生。
文档编号G05F1/10GK101552608SQ20091005064
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月5日 优先权日2009年5月5日
发明者仝芳轩, 亮 刘, 周正仙, 尚利军, 刚 席, 斌 杨, 魏 皋, 郭兆坤, 正 黄 申请人:上海华魏光纤传感技术有限公司