自适用控制A/D转换编码电路的设计与应用

1.2 自动增益控制循环放大与误差补偿

前三个周期完成对输入信号VE及三个误差信号E0、E1、E2的采集,并将其结果保存于电容C1中。从第4周期开始,将通过对电子开关S6、S10、S7、S11的交替切换完成对输入电压的循环放大。在第4、6、8、…等周期,S7、S11闭合,在第5、7、9、…等周期,S6、S10闭合。在整个循环放大过程中,S2一直闭合,主运放OP1的同相组态增益为2。电子开关经n次交替切换后,原输入信号子样被放大（5/3）×2 n倍。由于完成一次循环放大的时间很短,因而时漂可以忽略。在对信号进行循环放大的同时,误差也参加循环,正是前三个周期对误差、信号的特殊采集方法确保了失调误差在各次循环放大过程中的自动补偿,从而使之不会随信号被循环放大。其放大过程如下：

第3周期结束时（第n=0次循环放大）,A1输出电压为：

V3=VM+E1

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

第4周期结束时（第n=1次循环放大）,A2输出电压为：

V4=2V3+2E0+E2

=（5/3）×2 1 VE-2E0-（2/3）E1-（1/3）E2

第5周期结束时（第n=2次循环放大）,A1输出电压为：

V5=2V4+2E0+E1

=（5/3）×2 2 VE-2E0-(1/3)E1-(2/3)E2

依此类推,经n次循环放大后,有效信号达（5/3）×2 n VE,而误差一直为-2E0-（1/3）E1-（2/3）E2或-2E0-（2/3）E1-（1/3）E2,仍然是信号采样周期结束时所获得的初始误差采样值。经n次循环放大后,信号被放大到满刻度的1/2～1倍。其值已达数伏之高,而输出误差总额却不超过300μV,从而实现了极高的信噪比。

自动增益控制通过控制循环放大的次数来实现,循环放大次数取决于以下两个条件之一：第一,通过溢出判断电路OP3、OP4判断输出电压,如果输出已超过满刻度的1/2时,应停止再进行循环放大,否则,下次循环的输出直将溢出;第二,循环放大次数已超过规定的限值时（一般取n≤18,循环增益≤2 18,约110dB,说明被测信号太弱,已超出电路的处理能力,应停止循环。）

2 循环编码式A/D转换的实现