1.本说明书一个或多个实施例涉及高分辨率仪器仪表技术领域，尤其涉及一种超高分辨率的模数转换器。
背景技术：2.随着电子技术的发展，模数转换器的分辨率和动态响应范围均有所提高，当前一些公司生产的模数转换器，有效位最多达到23.5位，动态范围小于144db。然而，在一些高精密仪器测量领域，往往要求更大的动态范围，例如，用于采集地震观测数据的地震数据采集器，需要测量的地震观测仪器的输出信号的动态范围在150db以上，现有的模数转换器尚难以满足这样的需求。
技术实现要素：3.有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种超高分辨率的模数转换器，能够得到超高分辨率、大动态范围的输出信号。
4.基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了超高分辨率的模数转换器，包括二阶delta-sigma调制解调单元和数字滤波单元；
5.所述二阶delta-sigma调制解调单元包括信号整理电路、第一级积分器电路、第二级积分器电路、模数转换单元、第一数模转换单元、第二数模转换单元和处理单元；
6.差分模拟信号输入所述信号整理电路，所述信号整理电路的差分输出端与所述第一级积分器电路的差分反向输入端相连接，所述第一级积分器电路的输出端与所述第二级积分器电路的差分反向输入端相连接，所述第二级积分器电路的差分输出端与所述模数转换单元的差分输入端相连接，所述模数转换单元的输出端与所述处理单元的信号输入端相连接，所述处理单元的一路信号输出端经反相器与所述第一数模转换单元的输入端相连接，所述第一数模转换单元的差分输出端与所述第一级积分器的差分反向输入端相连接，所述处理单元的另一路信号输出端与所述第二数模转换单元的输入端相连接，所述第二数模转换单元的差分输出端与所述第二级积分器的差分反向输入端相连接，所述处理单元的数字信号输出端与所述数字滤波单元的输入端相连接，所述数字滤波单元对输入的数字信号进行滤波处理后输出转换后的数字信号。
7.可选的，所述处理单元对接收的数字信号进行初级滤波处理，将初级滤波处理后的数字信号传输至所述数字滤波单元。
8.可选的，所述信号整理电路包括两个运算放大器，所述差分模拟信号分别通过电阻r1与两个运算放大器的正向输入端相连接，两个运算放大器的反向输入端分别经电阻4r接地，两个运算放大器的反向输入端分别经电阻2r与运算放大器的输出端相连接，两个运算放大器的两个输出端形成差分输出端，与所述第一级积分器电路的差分输入端相连接。
9.可选的，所述信号整理电路的差分输入端设置tvs保护电路。
10.可选的，所述第一级积分器电路包括两个运算放大器u3、u4，所述信号整理电路的
差分输出端分别经电阻3r与两个运算放大器u3、u4的反向输入端相连接，两个运算放大器u3、u4的正向输入端分别经电阻r2接地，所述第一数模转换器的差分信号输出端分别通过电阻2r与两个运算放大器u3、u4的反相输入端相连接，两个运算放大器u3、u4的输出端分别经电容与两个运算放大器u3、u4的反向输入端相连接；
11.所述第二级积分器电路包括两个运算放大器u5、u6，两个运算放大器u3、u4的输出端分别经电阻2r与两个运算放大器u5、u6的反向输入端相连接，两个运算放大器u5、u6的正向输入端分别经电阻r3接地，所述第二数模转换器的差分信号输出端分别通过电阻2r与两个运算放大器u5、u6的反相输入端相连接，两个运算放大器u5、u6的输出端分别经电容与两个运算放大器u5、u6的反向输入端相连接；两个运算放大器u5、u6的输出端形成差分输出端与所述模数转换单元的输入端相连接。
12.可选的，所述模数转换单元采用16位adc芯片；所述第一数模转换单元、所述第二数模转换单元分别由两片16位dac芯片并联而成，四片16位dac芯片型号相同。
13.可选的，利用预设的校准参数对所述第一数模转换单元和第二数模转换单元的输出信号进行校准，将校准后的信号分别输入所述第一级积分器电路和第二级积分器电路。
14.可选的，确定所述校准参数的方法是，将dac芯片的输出电压范围按照预定的电压间隔划分为多个电压区间，对于每个电压区间，通过输入不同的数字信号，并测量对应输出的模拟电压信号，按照输入的数字信号与输出的模拟电压信号之间的关系，进行拟合处理，得到该电压区间对应的校准系数和校准偏移量；
15.所述输入的数字信号d与输出的模拟电压信号vout之间的关系为：
16.vout＝k
×d×
vr/2n+b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
17.其中，vr为输入dac芯片的参考电压，n为dac芯片的位数，k为校准系数，b为校准偏移量。
18.可选的，所述数字滤波器单元配置多级滤波器，多级滤波器用于输出可变采样率的数字信号。
19.可选的，所述多级滤波器包括一级滤波器和二级滤波器，所述一级滤波器为一级线性相位滤波器，所述二级滤波器包括二级线性相位滤波器和二级最小相位滤波器，所述处理单元输出的数字信号经所述一级线性相位滤波器进行滤波处理后，分别经二级线性相位滤波器和二级最小相位滤波器进行滤波处理后，得到线性相位数字信号和最小相位数字信号。
20.从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的超高分辨率的模数转换器，由二级积分器电路、多位数模转换单元和模数转换单元等分立电子元件搭建二阶delta-sigma调制解调单元，采用多位数模转换单元和模数转换单元实现多比特量化和多比特反馈，有效降低量化噪声和电路噪声，提高信噪比，反馈回路采用并联结构的多位dac芯片，能够降低非线性引入的噪声影响，二阶delta-sigma调制解调单元输出的数字信号经数字滤波单元进行抽取滤波后，可输出超高分辨率、大动态范围的数字信号。
附图说明
21.为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本说明书一个或多个实施例的模数转换器的结构框图；
23.图2为本说明书一个或多个实施例的二阶delta-sigma调制解调单元的结构框图；
24.图3为本说明书一个或多个实施例的信号整理电路的结构示意图；
25.图4为本说明书一个或多个实施例的二级积分器电路的结构示意图；
26.图5为本说明书一个或多个实施例的数字滤波单元的结构示意图。
具体实施方式
27.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
28.需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
29.如图1、2所示，本说明书一个或多个实施例提供一种超高分辨率的模数转换器，包括二阶delta-sigma调制解调单元和数字滤波单元；
30.二阶delta-sigma调制解调单元包括信号整理电路、第一级积分器电路、第二级积分器电路、模数转换单元、第一数模转换单元、第二数模转换单元和处理单元；
31.差分模拟信号输入信号整理电路，信号整理电路的差分输出端与第一级积分器电路的差分反向输入端相连接，第一级积分器电路的输出端与第二级积分器电路的差分反向输入端相连接，第二级积分器电路的差分输出端与模数转换单元的差分输入端相连接，模数转换单元的输出端与处理单元的信号输入端相连接，处理单元的一路信号输出端经反相器与第一数模转换单元的输入端相连接，第一数模转换单元的差分输出端与第一级积分器的差分反向输入端相连接，处理单元的另一路信号输出端与第二数模转换单元的输入端相连接，第二数模转换单元的差分输出端与第二级积分器的差分反向输入端相连接，处理单元的数字信号输出端与数字滤波单元的输入端相连接，数字滤波单元对输入的数字信号进行滤波处理后输出转换后的数字信号。
32.差分模拟信号经差分输入端输入信号整理电路，信号整理电路对输入的差分模拟信号进行放大处理，放大后的差分模拟信号与第一数模转换单元输出的差分模拟信号输入第一级积分器电路，第一级积分器电路对输入信号进行积分处理，输出的差分模拟信号与第二数模转换单元输出的差分模拟信号输入第二级积分器电路，第二级积分器电路对输入信号进行积分处理，输出的差分模拟信号输入模数转换单元，模数转换单元将输入的差分模拟信号转换为数字信号后输入处理单元。
33.处理单元接收模数转换单元的数字信号，一方面，经一路信号输出端将接收的数
字信号直接输出，该路数字信号经反相器反相后输入第一数模转换单元，由第一数模转换单元将反相的数字信号转换为模拟信号，将该模拟信号输入第一级积分器电路；第二方面，经另一路信号输出端将接收的数字信号直接输出，该路数字信号输入第二数模转换单元，由第二数模转换单元将该路数字信号转换为模拟信号，将该模拟信号输入第二级积分器电路；第三方面，处理单元对接收的数字信号进行初级滤波处理，将初级滤波处理后的数字信号传输至数字滤波单元，由数字滤波单元对输入的数字信号进行进一步的滤波抽取处理，最终输出所需的数字信号。
34.本实施例提供的超高分辨率的模数转换器，二阶delta-sigma调制解调单元由二级积分器电路、多位数模转换单元和模数转换单元等分立电子元件构成，二级积分器电路基于低噪声运算放大器构建，采用多位数模转换单元和模数转换单元实现多比特量化和多比特反馈，有效降低量化噪声和电路噪声，提高信噪比。二阶delta-sigma调制解调单元输出的数字信号经数字滤波单元进行抽取滤波后，输出高分辨率的数字信号，能够实现超高分辨率、大动态范围的数据采集。
35.如图3所示，信号整理电路为完全对称的电路形式。信号整理电路包括两个运算放大器u1、u2，差分模拟信号分别通过电阻r1(阻值均为1k欧姆)与两个运算放大器u1、u2的正向输入端相连接，两个运算放大器u1、u2的反向输入端分别经电阻4r接地，两个运算放大器u1、u2的反向输入端分别经电阻2r与运算放大器u1、u2的输出端相连接，两个运算放大器u1、u2的两个输出端形成差分输出端，与第一级积分器电路的差分输入端相连接。电路中的各电阻形成匹配电阻，能够保证电路稳定，将输入的差分模拟信号进行特定放大倍数的放大。
36.一些方式中，地震观测仪器的输出信号为差分模拟信号，该差分模拟信号的幅度范围为-20v-20v，该差分模拟信号输入信号整理电路的差分信号输入端in+、in-，由匹配电阻将差分模拟信号放大1.5倍，信号整理电路的差分输出端vin+、vin-输出的差分信号幅度范围为-30v-30v。可选的，信号整理电路的差分输入端还可设置tvs保护电路，用于抑制可能出现的瞬态干扰。
37.如图4所示，第一级积分器电路和第二级积分器电路级联构成二级积分器电路，二级积分器电路为完全对称的电路形式。具体的，第一级积分器电路包括两个运算放大器u3、u4，信号整理电路的差分输出端vin+、vin-分别经电阻3r与两个运算放大器u3、u4的反向输入端相连接，两个运算放大器u3、u4的正向输入端分别经电阻r2(阻值为1k欧姆)接地，两个运算放大器u3、u4的输出端分别经电容与运算放大器u3、u4的反向输入端相连接；
38.第二级积分器电路包括两个运算放大器u5、u6，第一级积分器电路的两个运算放大器u3、u4的输出端分别经电阻2r与第二级积分器电路的两个运算放大器u5、u6的反向输入端相连接，两个运算放大器u5、u6的正向输入端分别经电阻r3(阻值为1k欧姆)接地，两个运算放大器u5、u6的输出端分别经电容与运算放大器u5、u6的反向输入端相连接。
39.两个运算放大器u5、u6的输出端形成差分输出端adc_p、adc_n与模数转换单元的输入端相连接，模数转换单元将输入的模拟信号转换为数字信号，将数字信号传输至处理单元。
40.一些方式中，模数转换单元使用16位adc芯片，所选取的adc芯片应满足动态范围大于90db，inl(integral nonlinearity，积分非线性)小于0.5lsb，功耗在10mw左右，带宽
应与模数转换器的带宽相适应，adc芯片的参考源应做好滤波，以保证电压噪声低，幅度稳定可靠。可选的，满足上述要求的adc芯片例如可以选用ad7688、ad1273、ad7693等，以ad7693为例，其为16位逐次比较型模数转换器，动态范围为96.5db，thd(total harmonic distortion，总谐波失真)在1khz时可达到-120db，在100khz的采样率下功耗为4mw左右，最大转换速率500k。可选的，adc芯片的采样率设置为64khz。
41.一些方式中，第一、第二数模转换单元使用型号相同的四片16位dac芯片，其中，由两片16位dac芯片并联组成第一数模转换单元，另两片16位dac芯片并联组成第二数模转换单元。在反馈回路中采用并联结构的数模转换单元，能够抵消dac产生的随机噪声，降低dac非线性引入的噪声和谐波失真问题，保证调制解调器的性能。可选的，16位dac芯片可选取输出范围较大的芯片，例如，ad5781芯片的输出范围为-10v-10v。
42.一些实施方式中，利用预设的校准参数对第一、第二数模转换单元的输出信号进行校准，将校准后的信号分别输入第一、第二级积分器电路，经过校准后的信号能够降低dac非线性引入的噪声和失真影响。
43.其中，确定校准参数的方法是，设输入dac芯片的数字信号为d，dac芯片的输出的模拟电压信号为vout，输入dac芯片的参考电压为vr，dac芯片的位数为n，可得输入的数字信号与输出的模拟电压信号之间的关系为：
44.vout＝k
×d×
vr/2n+b
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(1)
45.其中，k为校准系数，b为校准偏移量。
46.将dac芯片的输出电压范围按照预定的电压间隔划分为多个电压区间，对于每个电压区间，通过输入不同的数字信号，并测量对应输出的模拟电压信号，按照公式(1)进行输入信号与输出信号的拟合处理，得到该电压区间的校准系数和校准偏移量。按照上述方法得到各个电压区间的校准系数和校准偏移量，第一、第二数模转换单元根据输入的数字信号，确定对应的电压区间及校准系数和校准偏移量，根据校准系数、校准偏移量和输入的数字信号，按照公式(1)得到校准后输出的模拟电压信号。
47.例如，dac芯片的输出电压范围为-10v-10v，按照100mv的电压间隔将输出电压范围划分为多个电压区间，对于每个电压区间，向dac芯片输入不同的数字信号，利用电压测量仪器测得到每隔10mv对应的实际输出电压值，基于不同的数字信号和测得的实际输出电压值，通过拟合得到该电压区间对应的校准系数和校准偏移量。可选的，拟合方法可以是线性拟合或者多项式拟合，具体方式不做限定。
48.处理单元经spi接口接收模数转换单元输出的数字信号，一方面，将接收的数字信号经spi接口输出至反相器，反相器将数字信号反相后输入第一数模转换单元，第一数模转换单元的输出端dac1_n、dac1_p经电阻2r与运算放大器u3、u4的反相输入端相连接。第二方面，将接收的数字信号经spi接口输出至第二数模转换单元，第二数模转换单元的输出端dac2_p、dac2_n经电阻r2与运算放大器u5、u6的反相输入端相连接。第三方面，对接收的数字信号进行初级滤波，将初级滤波后的信号经spi接口输入至数字滤波器。
49.一些方式中，由处理单元对接收的数字信号进行半带滤波处理，实现对数字信号的初级滤波。由于半带滤波的滤波系数有一半为0，可以大大的降低处理单元的运算量，提高数据处理速率。可选的，模数转换单元输出64khz的数字信号，处理单元从64khz的数字信号中抽取2khz的信号，实现初级滤波。也可以根据具体应用需求，提高模数转换单元的采样
率，例如，模数转换单元输出512khz的数字信号，由处理单元从512khz的数字信号中抽取16khz的数字信号。
50.结合图4所示，第一级积分器电路的运算放大器u3、u4的输入和输出为完全对称的差分电路形式，运算放大器u3、u4的正相输入端分别通过阻值相同的电阻接地，信号整理电路的差分信号输出端vin+、vin+分别通过电阻3r与运算放大器u3、u4的反相输入端相连接，第一数模转换器的差分信号输出端dac1_n、dac1_p分别通过电阻2r与运算放大器u3、u4的反相输入端相连接，匹配电阻的阻值关系为3：2，将输入的差分模拟信号的幅度调整至运算放大器的输入范围。
51.第二级积分器电路的运算放大器u5、u6的输入和输出为完全对称的差分电路形式，运算放大器u5、u6的正相输入端分别通过阻值相同的电阻接地，第一级积分器电路的差分信号输出端分别通过电阻2r与运算放大器u5、u6的反相输入端相连接，第二数模转换器的差分信号输出端dac2_p、dac2_n分别通过电阻2r与运算放大器u5、u6的反相输入端相连接，第二级积分器电路对输入的信号进行调整后，输出的差分模拟信号范围为适于模数转换单元处理的信号幅度范围0v-5v。
52.一些实施例中，为实现滤波计算，数字滤波单元可选用32位带浮点运算的处理器实现。数字滤波器单元可配置多级滤波器以及各滤波器的滤波系数，从而利用多级滤波器输出可变采样率的数字信号。一些方式中，多级滤波器包括一级滤波器和二级滤波器，一级滤波器为一级线性相位滤波器，二级滤波器包括二级线性相位滤波器和二级最小相位滤波器，处理单元输出的数字信号经一级线性相位滤波器进行滤波处理后，分别经二级线性相位滤波器和二级最小相位滤波器进行滤波处理后，得到线性相位数字信号和最小相位数字信号。
53.如图5所示，一些实施方式中，数字滤波单元包括一级滤波器fir-l0和两个二级滤波器fir-l1、fir-m。处理单元输出的数字信号输入数据滤波单元进行两级fir滤波处理，具体的：以处理单元输出2000点采样数据为例，2000点采样数据先经过一级滤波器fir-l0进行滤波，抽取比为5，得到400点采样数据，一级滤波器fir-l0为线性相位滤波器，其输出带宽远高于模数转换器输出带宽，因而可采用滤波系数较少的滤波器以减少计算量，如阻带衰减为60db，通带平坦度为1％。一级滤波器fir-l0输出的400点采样数据，经过二级滤波器fir-l1进行滤波，二级滤波器fir-l1为线性相位滤波器，抽取比为2，得到200点采样数据，再进行一次二级滤波器fir-l1滤波，得到100点采样数据；一级滤波器fir-l0输出的400点采样数据，经过二级滤波器fir-m进行滤波，二级滤波器fir-m为最小相位滤波器，抽取比为2，得到200点采样数据，再进行一次二级滤波器fir-m滤波，得到100点采样数据。这样，经过数字滤波单元的滤波处理，能够得到100点最小相位数据和100点线性相位数据两种类型的数据作为观测数据输出，用户可根据需要选取所需类型的观测数据。
54.结合图1所示，模数转换器的时钟信号端用于输入时钟信号，时钟信号可采用不归零时钟信号，能够消除时钟抖动对转换器的影响。模数转换器的复位信号端用于输入复位同步信号，可实现多个模数转换器的同步复位。模数转换器的参考电压端输入的参考电压范围为正负10v，能够将转换器的增益控制在1：1左右。
55.本技术实施例提供的超高分辨率的模数转换器，由二级积分器电路、多位模数转换器和数模转换器等电子元件搭建二阶delta-sigma调制解调单元，通过多比特量化和多
比特反馈有效降低量化噪声和电路噪声，提高信噪比。在反馈回路中使用并联结构的数模转换单元，并对数模转换单元的输出信号进行校准，用以减小因非线性引入的白噪声和谐波失真。信号整理电路、二级积分器电路等电路结构均采用差分输入输出且完全对称的电路结构，保证电路稳定的达到预期性能，通过匹配差分电路中对称的电阻、电容，提高共模抑制比，增强抗干扰能力，匹配的对称电阻的匹配系数能够达到0.03％。
56.在地震观测场景中，地震观测所需采样率较低，通常小于500hz，模数转换器可采用较低的过采样率，如64khz，时钟频率也可以大幅降低，从而简化电路结构，降低电路难度，减少高速时钟对电路的辐射影响，降低噪声。按照本技术提供的电路结构设计符合地震观测需求的模数转换器，能够输出超高分辨率的数字信号，实现超过160db的动态范围的地震数据采集。
57.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
58.另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
59.尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。
60.本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
技术特征：1.一种超高分辨率的模数转换器，其特征在于，包括二阶delta-sigma调制解调单元和数字滤波单元；所述二阶delta-sigma调制解调单元包括信号整理电路、第一级积分器电路、第二级积分器电路、模数转换单元、第一数模转换单元、第二数模转换单元和处理单元；差分模拟信号输入所述信号整理电路，所述信号整理电路的差分输出端与所述第一级积分器电路的差分反向输入端相连接，所述第一级积分器电路的输出端与所述第二级积分器电路的差分反向输入端相连接，所述第二级积分器电路的差分输出端与所述模数转换单元的差分输入端相连接，所述模数转换单元的输出端与所述处理单元的信号输入端相连接，所述处理单元的一路信号输出端经反相器与所述第一数模转换单元的输入端相连接，所述第一数模转换单元的差分输出端与所述第一级积分器的差分反向输入端相连接，所述处理单元的另一路信号输出端与所述第二数模转换单元的输入端相连接，所述第二数模转换单元的差分输出端与所述第二级积分器的差分反向输入端相连接，所述处理单元的数字信号输出端与所述数字滤波单元的输入端相连接，所述数字滤波单元对输入的数字信号进行滤波处理后输出转换后的数字信号。2.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述处理单元对接收的数字信号进行初级滤波处理，将初级滤波处理后的数字信号传输至所述数字滤波单元。3.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述信号整理电路包括两个运算放大器，所述差分模拟信号分别通过电阻r1与两个运算放大器的正向输入端相连接，两个运算放大器的反向输入端分别经电阻4r接地，两个运算放大器的反向输入端分别经电阻2r与运算放大器的输出端相连接，两个运算放大器的两个输出端形成差分输出端，与所述第一级积分器电路的差分输入端相连接。4.根据权利要求3所述的模数转换器，其特征在于，所述信号整理电路的差分输入端设置tvs保护电路。5.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述第一级积分器电路包括两个运算放大器u3、u4，所述信号整理电路的差分输出端分别经电阻3r与两个运算放大器u3、u4的反向输入端相连接，两个运算放大器u3、u4的正向输入端分别经电阻r2接地，所述第一数模转换器的差分信号输出端分别通过电阻2r与两个运算放大器u3、u4的反相输入端相连接，两个运算放大器u3、u4的输出端分别经电容与两个运算放大器u3、u4的反向输入端相连接；所述第二级积分器电路包括两个运算放大器u5、u6，两个运算放大器u3、u4的输出端分别经电阻2r与两个运算放大器u5、u6的反向输入端相连接，两个运算放大器u5、u6的正向输入端分别经电阻r3接地，所述第二数模转换器的差分信号输出端分别通过电阻2r与两个运算放大器u5、u6的反相输入端相连接，两个运算放大器u5、u6的输出端分别经电容与两个运算放大器u5、u6的反向输入端相连接；两个运算放大器u5、u6的输出端形成差分输出端与所述模数转换单元的输入端相连接。6.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述模数转换单元采用16位adc芯片；所述第一数模转换单元、所述第二数模转换单元分别由两片16位dac芯片并联而成，四片16位dac芯片型号相同。7.根据权利要求1或6所述的模数转换器，其特征在于，利用预设的校准参数对所述第一数模转换单元和第二数模转换单元的输出信号进行校准，将校准后的信号分别输入所述
第一级积分器电路和第二级积分器电路。8.根据权利要求7所述的模数转换器，其特征在于，确定所述校准参数的方法是，将dac芯片的输出电压范围按照预定的电压间隔划分为多个电压区间，对于每个电压区间，通过输入不同的数字信号，并测量对应输出的模拟电压信号，按照输入的数字信号与输出的模拟电压信号之间的关系，进行拟合处理，得到该电压区间对应的校准系数和校准偏移量；所述输入的数字信号d与输出的模拟电压信号vout之间的关系为：vout＝k
×
d
×
vr/2n+b
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(1)其中，vr为输入dac芯片的参考电压，n为dac芯片的位数，k为校准系数，b为校准偏移量。9.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述数字滤波器单元配置多级滤波器，多级滤波器用于输出可变采样率的数字信号。10.根据权利要求9所述的模数转换器，其特征在于，所述多级滤波器包括一级滤波器和二级滤波器，所述一级滤波器为一级线性相位滤波器，所述二级滤波器包括二级线性相位滤波器和二级最小相位滤波器，所述处理单元输出的数字信号经所述一级线性相位滤波器进行滤波处理后，分别经二级线性相位滤波器和二级最小相位滤波器进行滤波处理后，得到线性相位数字信号和最小相位数字信号。
技术总结本申请提供一种超高分辨率的模数转换器，包括二阶Delta-Sigma调制解调单元和数字滤波单元；二阶Delta-Sigma调制解调单元包括信号整理电路、第一级积分器电路、第二级积分器电路、模数转换单元、第一数模转换单元、第二数模转换单元和处理单元；采用多位数模转换单元和模数转换单元实现多比特量化和多比特反馈，有效降低量化噪声和电路噪声，提高信噪比；二阶Delta-Sigma调制解调单元输出的数字信号经数字滤波单元进行抽取滤波后，输出高分辨率的数字信号，能够实现高分辨率、大动态范围的数据采集。采集。采集。
技术研发人员：李江 薛兵
受保护的技术使用者：中国地震局地震预测研究所
技术研发日：2022.07.13
技术公布日：2022/11/1
