自適用控制A/D轉換編碼電路的設計與應用

1.2 自動(dòng)增益控制循環(huán)放大與誤差補償

前三個(gè)周期完成對輸入信號VE及三個(gè)誤差信號E0、E1、E2的采集,并將其結果保存于電容C1中。從第4周期開(kāi)始,將通過(guò)對電子開(kāi)關(guān)S6、S10、S7、S11的交替切換完成對輸入電壓的循環(huán)放大。在第4、6、8、…等周期,S7、S11閉合,在第5、7、9、…等周期,S6、S10閉合。在整個(gè)循環(huán)放大過(guò)程中,S2一直閉合,主運放OP1的同相組態(tài)增益為2。電子開(kāi)關(guān)經(jīng)n次交替切換后,原輸入信號子樣被放大（5/3）×2 n倍。由于完成一次循環(huán)放大的時(shí)間很短,因而時(shí)漂可以忽略。在對信號進(jìn)行循環(huán)放大的同時(shí),誤差也參加循環(huán),正是前三個(gè)周期對誤差、信號的特殊采集方法確保了失調誤差在各次循環(huán)放大過(guò)程中的自動(dòng)補償,從而使之不會(huì )隨信號被循環(huán)放大。其放大過(guò)程如下：

第3周期結束時(shí)（第n=0次循環(huán)放大）,A1輸出電壓為：

V3=VM+E1

=(5/3)VE-2E0-(1/3)E1-(2/3)E2

第4周期結束時(shí)（第n=1次循環(huán)放大）,A2輸出電壓為：

V4=2V3+2E0+E2

=（5/3）×2 1 VE-2E0-（2/3）E1-（1/3）E2

第5周期結束時(shí)（第n=2次循環(huán)放大）,A1輸出電壓為：

V5=2V4+2E0+E1

=（5/3）×2 2 VE-2E0-(1/3)E1-(2/3)E2

依此類(lèi)推,經(jīng)n次循環(huán)放大后,有效信號達（5/3）×2 n VE,而誤差一直為-2E0-（1/3）E1-（2/3）E2或-2E0-（2/3）E1-（1/3）E2,仍然是信號采樣周期結束時(shí)所獲得的初始誤差采樣值。經(jīng)n次循環(huán)放大后,信號被放大到滿(mǎn)刻度的1/2～1倍。其值已達數伏之高,而輸出誤差總額卻不超過(guò)300μV,從而實(shí)現了極高的信噪比。

自動(dòng)增益控制通過(guò)控制循環(huán)放大的次數來(lái)實(shí)現,循環(huán)放大次數取決于以下兩個(gè)條件之一：第一,通過(guò)溢出判斷電路OP3、OP4判斷輸出電壓,如果輸出已超過(guò)滿(mǎn)刻度的1/2時(shí),應停止再進(jìn)行循環(huán)放大,否則,下次循環(huán)的輸出直將溢出;第二,循環(huán)放大次數已超過(guò)規定的限值時(shí)（一般取n≤18,循環(huán)增益≤2 18,約110dB,說(shuō)明被測信號太弱,已超出電路的處理能力,應停止循環(huán)。）

2 循環(huán)編碼式A/D轉換的實(shí)現