AD转换的偏差校准方法及装置.pdf

本发明公开一种AD转换的偏差校准装置，包括：校准信号输出模块，用于依次输出第一校准信号和第二校准信号；AD转换模块，与所述校准信号输出模块连接，用于对第一校准信号和第二校准信号进行AD转换，获得第一AD值及第二AD值；还用于对待转换的信号进行AD转换，获得待校准的AD值；校准控制模块，与所述AD转换模块连接，用于根据所述AD转换模块输出的第一AD值及第二AD值，进行校准计算，获得直流偏置校准值和线性斜率校准值，以供所述校准控制模块对待校准的AD值进行校准。本发明还公开了一种AD转换的偏差校准方法。本发明降低了AD转换的误差率。

权利要求书1.  一种AD转换的偏差校准装置，其特征在于，所述AD转换的偏差校 准装置包括： 校准信号输出模块，用于依次输出第一校准信号和第二校准信号； AD转换模块，与所述校准信号输出模块连接，用于对第一校准信号和 第二校准信号进行AD转换，获得第一AD值及第二AD值；还用于对待转 换的信号进行AD转换，获得待校准的AD值； 校准控制模块，与所述AD转换模块连接，用于根据所述AD转换模块 输出的第一AD值及第二AD值，进行校准计算，获得直流偏置校准值和线 性斜率校准值，以供所述校准控制模块对待校准的AD值进行校准。 2.  如权利要求1所述的AD转换的偏差校准装置，其特征在于，所述校 准信号输出模块包括： 校准信号产生单元，用于产生第一校准信号和第二校准信号； 校准信号输出控制单元，用于控制第一校准信号和第二校准信号的输出。 3.  如权利要求1所述的AD转换的偏差校准装置，其特征在于，所述校 准信号为电压；所述校准信号产生单元包括电源、第一电阻R1、第二电阻 R2、第三电阻R3及开关管；所述电源、第一电阻R1、第二电阻R2和第三 电阻R3依次串联，所述第一电阻R1和第二电阻R2的连结点为校准信号输 出端，所述开关管的控制端与所述校准信号输出控制单元的输出端连接，所 述开关管的另外两端与所述第三电阻R3并联，且所述第三电阻R3未与第二 电阻R2连接的一端接地。 4.  如权利要求1所述的AD转换的偏差校准装置，其特征在于，所述偏 差校准装置还包括：存储模块，用于存储所述直流偏置校准值和线性斜率校 准值，以供所述校准控制模块对待校准的AD值进行校准。 5.  如权利要求1所述的AD转换的偏差校准装置，其特征在于，所述校 准控制模块用于： 按照以下计算规则，计算获得直流偏置校准值和线性斜率校准值： C1＝(X02-X01)/(X2–X1)； C2＝X01–C1*X1； 其中C1为线性斜率校准值，C2为直流偏置校准值，X01为所述第一校 准信号的理想AD值，X02为所述第二校准信号的理想AD值，所述X1为 所述第一校准信号的实际AD值，X2为所述第二校准信号的实际AD值。 6.  一种AD转换的偏差校准方法，其特征在于，所述AD转换的偏差校 准方法包括以下步骤： 对待转换的信号进行AD转换，获得待校准的转换AD值； 获取直流偏置校准值和线性斜率校准值；所述直流偏置校准值和线性斜 率校准值为预先进行偏差校准计算获得； 根据所述直流偏置校准值和线性斜率校准值，对待校准的转换AD值进 行偏差校准。 7.  如权利要求6所述的AD转换的偏差校准方法，其特征在于，所述对 待转换的信号进行AD转换，获得待校准的转换AD值之前还包括： 控制第一校准信号和第二校准信号的依次输出； 对所述第一校准信号和第二校准信号进行AD转换，获得第一AD值和 第二AD值； 根据所述第一AD值和第二AD值，进行偏差校准计算，获得所述直流 偏置校准值和线性斜率校准值。 8.  如权利要求7所述的AD转换的偏差校准方法，其特征在于，所述在 输出第一校准信号或第二校准信号的预置时间后，进行AD转换。 9.  如权利要求8所述的AD转换的偏差校准方法，其特征在于，所述预 置时间的取值范围为0.1s<t<1s。 10.  如权利要求7所述的AD转换的偏差校准方法，其特征在于，所述 根据所述第一AD值和第二AD值，进行偏差校准计算，获得所述直流偏置 校准值和线性斜率校准值之后还包括： 存储所述直流偏置校准值和线性斜率校准值。

说明书AD转换的偏差校准方法及装置
技术领域
本发明涉及AD转换领域，尤其涉及一种AD转换的偏差校准方法及装置。
背景技术
随着家电领域集成电路的集成度不断提高，微控制器芯片工作电压也在 下降，很多电力电子应用领域的芯片工作电压由5V普遍下降到3.3V。由于 芯片集成度高，工作电压低，因此芯片内置的AD转换器的误差离散性也在 加大。
现有一种AD转换器进行偏差补偿时，通过对标准电压进行AD转换后的 实际AD值和理想AD值进行比较，生成偏差信号，然后根据该偏差信号对 AD转换器的转换结果进行偏差补偿。但是，该补偿方法只能补偿AD转换器 的直流偏置误差，不能补偿AD转换器的线性斜率误差。因此对于一些斜率 误差较大的AD转换器，经过该方法进行补偿之后，输出结果误差仍会超过 5％，不能满足实际使用需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种AD转换的偏差校准方法及装置，旨在 降低AD转换的误差率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种AD转换的偏差校准装置，包括：
校准信号输出模块，用于依次输出第一校准信号和第二校准信号；
AD转换模块，与所述校准信号输出模块连接，用于对第一校准信号和第 二校准信号进行AD转换，获得第一AD值及第二AD值；还用于对待转换的 信号进行AD转换，获得待校准的AD值；
校准控制模块，与所述AD转换模块连接，用于根据所述AD转换模块输 出的第一AD值及第二AD值，进行校准计算，获得直流偏置校准值和线性斜 率校准值，以供所述校准控制模块对待校准的AD值进行校准。
优选地，所述校准信号输出模块包括：
校准信号产生单元，用于产生第一校准信号和第二校准信号；
校准信号输出控制单元，用于控制第一校准信号和第二校准信号的输出。
优选地，所述校准信号产生单元包括电源、第一电阻R1、第二电阻R2、 第三电阻R3及开关管；所述电源、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻 R3依次串联，所述第一电阻R1和第二电阻R2的连结点为校准信号输出端， 所述开关管的控制端与所述校准信号输出控制单元的输出端连接，所述开关 管的另外两端与所述第三电阻R3并联，且所述第三电阻R3未与第二电阻R2 连接的一端接地。
优选地，所述偏差校准装置还包括：存储模块，用于存储所述直流偏置 校准值和线性斜率校准值，以供所述校准控制模块对待校准的AD值进行校 准。
优选地，所述校准控制模块用于：
按照以下计算规则，计算获得直流偏置校准值和线性斜率校准值：
C1＝(X02-X01)/(X2–X1)；
C2＝X01–C1*X1；
其中C1为线性斜率校准值，C2为直流偏置校准值，X01为所述第一校 准信号的理想AD值，X02为所述第二校准信号的理想AD值，所述X1为所 述第一校准信号的实际AD值，X2为所述第二校准信号的实际AD值。
此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种AD转换的偏差校准方法， 包括以下步骤：
对待转换的信号进行AD转换，获得待校准的转换AD值；
获取直流偏置校准值和线性斜率校准值；所述直流偏置校准值和线性斜 率校准值为预先进行偏差校准计算获得；
根据所述直流偏置校准值和线性斜率校准值，对待校准的转换AD值进 行偏差校准。
优选地，所述对待转换的信号进行AD转换，获得待校准的转换AD值之 前还包括：
控制第一校准信号和第二校准信号的依次输出；
对所述第一校准信号和第二校准信号进行AD转换，获得第一AD值和第 二AD值；
根据所述第一AD值和第二AD值，进行偏差校准计算，获得所述直流偏 置校准值和线性斜率校准值。
优选地，所述在输出第一校准信号或第二校准信号的预置时间后，进行 AD转换。
优选地，所述预置时间的取值范围为0.1s<t<1s。
优选地，所述根据所述第一AD值和第二AD值，进行偏差校准计算，获 得所述直流偏置校准值和线性斜率校准值之后还包括：
存储所述直流偏置校准值和线性斜率校准值。
本发明实施例通过提供第一校准信号和第二校准信号，以根据第一校准 信号的AD值和第二校准信号的AD值，计算获得直流偏置校准值和线性斜率 校准值，从而在进行AD转换时，可以根据直流偏置校准值和线性斜率校准 值，实现对AD转换的直流偏置以及线性斜率误差的同时补偿，降低了AD转 换的误差率。
附图说明
图1为本发明AD转换的偏差校准装置第一实施例的功能模块示意图；
图2为本发明AD转换的偏差校准装置中校准信号输出模块的细化功能 模块示意图；
图3为图2中校准信号产生单元的电路模块示意图；
图4为本发明AD转换的偏差校准装置第二实施例的功能模块示意图；
图5为本发明AD转换的偏差校准装置第三实施例的功能模块示意图；
图6为本发明AD转换的偏差校准方法第一实施例的流程示意图；
图7为本发明AD转换的偏差校准方法第二实施例的流程示意图；
图8为本发明AD转换的偏差校准方法第三实施例的流程示意图。
为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详 述。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。
本发明的核心思想是，在进行AD转换的偏差校准中，综合考虑AD转换 的直流偏置误差和线性斜率误差，提供一种偏差校准方法，可以同时补偿AD 转换的直流偏置误差以及线性斜率误差，降低了AD转换的误差率。
如图1所示，提出了本发明一种AD转换的偏差校准装置第一实施例。 该实施例中的AD转换的偏差校准装置包括：
校准信号输出模块110，用于依次输出第一校准信号和第二校准信号；
AD转换模块120，与所述校准信号输出模块110连接，用于对第一校准 信号和第二校准信号进行AD转换，获得第一AD值及第二AD值；还用于对 待转换的信号进行AD转换，获得待校准的AD值；
校准控制模块130，与所述AD转换模块120连接，用于根据所述AD转 换模块120输出的第一AD值及第二AD值，进行校准计算，获得直流偏置校 准值和线性斜率校准值，以供所述校准控制模块130对待校准的AD值进行 校准。
本发明实施例通过提供第一校准信号和第二校准信号，以根据第一校准 信号的AD值和第二校准信号的AD值，计算获得直流偏置校准值和线性斜率 校准值，从而在进行AD转换时，可以根据直流偏置校准值和线性斜率校准 值，实现对AD转换的直流偏置以及线性斜率误差的同时补偿，降低了AD转 换的误差率。
上述校准控制模块130具体用于：按照以下计算规则，计算获得直流偏 置校准值和线性斜率校准值：
C1＝(X02-X01)/(X2–X1)；
C2＝X01–C1*X1；
其中C1为线性斜率校准值，C2为直流偏置校准值，X01为所述第一校 准信号的理想AD值，X02为所述第二校准信号的理想AD值，所述X1为所 述第一校准信号的实际AD值，X2为所述第二校准信号的实际AD值。
进一步地，如图2所示，上述校准信号输出模块110包括：
校准信号产生单元111，用于产生第一校准信号和第二校准信号；
校准信号输出控制单元112，用于控制第一校准信号和第二校准信号的输 出。
具体地，上述校准信号产生单元111可以为两个，一个产生第一校准信 号，另一个产生第二校准信号。校准信号输出控制单元112则在校准信号产 生单元产生校准信号后，控制是输出第一校准信号，还是输出第二校准信号。
另一示例中，上述校准信号产生单元111也可以为一个，可以根据校准 信号输出控制单元112的控制产生第一校准信号和第二校准信号，并输出。
进一步地，如图3所示，上述校准信号为电压信号时，上述校准信号产 生单元111包括电源VCC、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及开关 管Q1；所述电源VCC、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3依次串联， 所述第一电阻R1和第二电阻R2的连结点为校准信号输出端，所述开关管Q1 的控制端与所述校准信号输出控制单元112的输出端连接，所述开关管Q1的 另外两端与所述第三电阻R3并联，且所述第三电阻R3未与第二电阻R2连 接的一端接地。
上述校准信号产生单元111还可包括第四电阻R4，该第四电阻R4一端 与开关管Q1的控制端连接，另一端与所述开关管Q1、第三电阻R3共接于地。
上述校准信号产生单元111中，当开关管Q1根据校准信号输出控制单元 112的第一控制信号处于导通状态，此时第三电阻R3将短路，则校准信号输 出端的电压为电源VCC流经第二电阻R2上的电压和流经开关管Q1的电压 之和。当开关管Q1根据校准信号输出控制单元112的第二控制信号处于截止 状态，此时校准信号输出端的电压为电源VCC流经第二电阻R2的电压和流 经第三电阻R3的电压之和。
进一步地，如图4所示，上述偏差校准装置还包括：存储模块140，用于 存储所述直流偏置校准值和线性斜率校准值，以供所述校准控制模块130对 待校准的AD值进行校准。
上述校准控制模块130进行偏差校准计算获得直流偏置校准值和线性斜 率校准值后，存储模块140对直流偏置校准值和线性斜率校准值进行存储。 因此，在需要对待转换的信号进行校准时，校准控制模块130则从存储模块 140中读取该直流偏置校准值和线性斜率校准值，并在待转换的信号经过AD 转换获得AD转换值后，根据直流偏置校准值和线性斜率校准值对AD转换值 进行校准处理，获得最终的AD转换值。
本发明实施例通过存储模块140将直流偏置校准值和线性斜率校准值进 行存储，从而校准控制模块130在对待转换的信号进行AD转换时，不需要 再进行校准计算直流偏置校准值和线性斜率校准值，直接从存储模块140读 取即可。
上述偏差校准装置可应用于电控领域中的参数测量，例如空调控制中的 电压测量、电流测量、温度测量等等。通过该偏差校准装置可有效减小由于 AD转换本身的固有误差而引起的测量误差，对于提高电控的控制性能和可靠 性起到了有益的作用。以下将以空调控制中的电压测量的AD转换校准为例， 具体描述偏差校准装置的原理。如图5所示，上述AD转换模块、校准控制 模块和存储模块及校准信号输出控制单元均可集成在微控制器IC中，例如该 微控制器IC的型号是78F0511。上述微控制器IC中，使用端口S1用于接收 校准信号；端口S2用于接收待转换的信号，例如电压信号；端口S3用于产 生控制信号，以控制校准信号产生单元输出第一校准信号，还是输出第二校 准信号。在该微控制器IC上电时，微控制器IC产生相应的控制信号，并由 端口S3输出，以控制校准信号产生单元依次输出校准信号。然后微控制器IC 对校准信号进行AD转换，并根据转换后的AD值计算获得直流偏置校准值和 线性斜率校准值。最后，微控制器IC将直流偏置校准值和线性斜率校准值进 行存储。当端口S2接收到待转换的信号时，则读取直流偏置校准值和线性斜 率校准值，并根据直流偏置校准值和线性斜率校准值对待转换的信号进行偏 差补偿。
假设校准信号产生单元中，电源VCC为+5V，第一电阻R1＝30kΩ，第 二电阻R2＝1kΩ，第三电阻R3＝300kΩ，该三个电阻的精确度均为±1％。当 开关管Q1处于截止状态，即第三电阻R3没有被短路时，校准信号输出端的 电压为4.53V；当开关管Q1处于导通状态，即第三电阻R3被短路时，校准 信号输出端的电压为0.16V。即第一校准电压为0.16V，第二校准电压为4.53V。 而且，该微控制器IC中的AD转换模块对第一校准电压进行AD转换的理想 AD值为33、实际AD值为34；该微控制器IC中的AD转换模块对第二校准 电压进行AD转换的理想AD值为928、实际AD值为880。因此按照上述计 算规则可计算获得直流偏置校准值和线性斜率校准值：
C1＝(X02-X01)/(X2–X1)＝(928–33)/(880–34)＝1.06
C2＝X01–C1*X1＝33-(928–33)/(880–34)*34＝-3.04
假设微控制器IC中的AD转换模块对待转换的信号(例如2.5V)进行 AD转换后的实际AD值为486，根据所获得的直流偏置校准值和线性斜率校 准值，对该AD值进行偏差补偿后，可获得最终的AD值：Y＝X3*C1+C2＝486 *1.06–3.04＝512。经过测试表明，微控制器IC对该待转换的信号进行AD 转换的理想值为512，可见经过上述偏差校准装置的校准后所获得的实际AD 值与理想AD值一致，因此相比于现有的AD偏差校准技术，大大降低了误差 率。
对应地，如图6所示，提出本发明一种AD转换的偏差校准方法第一实 施例。该实施例的AD转换的偏差校准方法包括以下步骤：
步骤S110、对待转换的信号进行AD转换，获得待校准的转换AD值；
步骤S120、获取直流偏置校准值和线性斜率校准值；所述直流偏置校准 值和线性斜率校准值为基于第一校准信号和第二校准信号预先进行偏差校准 计算获得；
步骤S130、根据所述直流偏置校准值和线性斜率校准值，对待校准的转 换AD值进行偏差校准。
本发明实施例通过提供第一校准信号和第二校准信号，以根据第一校准 信号和第二校准信号，计算获得直流偏置校准值和线性斜率校准值，从而在 进行AD转换时，可以根据直流偏置校准值和线性斜率校准值，实现对AD转 换的直流偏置以及线性斜率误差的同时补偿，降低了AD转换的误差率。
进一步地，如图7所示，提出本发明一种AD转换的偏差校准方法第二 实施例。该实施例的AD转换的偏差校准方法包括以下步骤：
步骤S210、控制第一校准信号和第二校准信号的依次输出；
步骤S220、对所述第一校准信号和第二校准信号进行AD转换，获得第 一AD值和第二AD值；
步骤S230、根据所述第一AD值和第二AD值，进行偏差校准计算，获 得所述直流偏置校准值和线性斜率校准值；
步骤S240、对待转换的信号进行AD转换，获得待校准的转换AD值；
步骤S250、获取直流偏置校准值和线性斜率校准值；所述直流偏置校准 值和线性斜率校准值为预先进行偏差校准计算获得；
步骤S260、根据所述直流偏置校准值和线性斜率校准值，对待校准的转 换AD值进行偏差校准。
在对待转换的信号进行偏差校准时，先将进行偏差校准计算，获得直流 偏置校准值和线性斜率校准值。具体为：先控制第一校准信号输出，再控制 第二校准信号输出，并在第一校准信号进行AD转换获得第一AD值以及第二 校准信号进行AD转换获得第二AD值后，再根据该第一AD值和第二AD值 进行偏差校准计算，获得所述直流偏置校准值和线性斜率校准值。最后，依 据该直流偏置校准值和线性斜率校准值对待转换的信号进行偏差校准：Y＝X3 *C1+C2，其中X3为待转换的信号经过AD转换后的AD值；C1为线性斜 率校准值，C2为直流偏置校准值。
进一步地，为了使得输出的校准信号为稳定信号，则可以在输出第一校 准信号或第二校准信号的预置时间后，再对输出的校准信号进行AD转换。 而且，该预置时间的取值范围为0.1s<t<1s。
进一步地，如图8所示，提出本发明一种AD转换的偏差校准方法第二 实施例。该实施例的AD转换的偏差校准方法包括以下步骤：
步骤S310、控制第一校准信号和第二校准信号的依次输出；
步骤S320、对所述第一校准信号和第二校准信号进行AD转换，获得第 一AD值和第二AD值；
步骤S330、根据所述第一AD值和第二AD值，进行偏差校准计算，获 得所述直流偏置校准值和线性斜率校准值；
步骤S340、存储所述直流偏置校准值和线性斜率校准值；
步骤S350、对待转换的信号进行AD转换，获得待校准的转换AD值；
步骤S360、获取直流偏置校准值和线性斜率校准值；所述直流偏置校准 值和线性斜率校准值为预先进行偏差校准计算获得；
步骤S370、根据所述直流偏置校准值和线性斜率校准值，对待校准的转 换AD值进行偏差校准。
该实施例中，在计算获得直流偏置校准值和线性斜率校准值后，可以将 其进行存储。以便下次需要进行校准时，直接提取即可。
上述偏差校准装置可应用于电控领域中的参数测量，例如空调控制中的 电压测量、电流测量、温度测量等等。通过该偏差校准装置可有效减小由于 AD转换本身的固有误差而引起的测量误差，对于提高电控的控制性能和可靠 性起到了有益的作用。以下将以空调控制中的电压测量的AD转换校准为例， 具体描述偏差校准的过程，具体如下：
A1、上电延时1秒，使空调进入稳定状态；
A2、控制校准信号输出模块输出第一校准电压＝0.16V；
A3、延时1秒，以输出稳定的第一校准电压；
A4、对第一校准电压进行AD转换，输出AD转换值X1＝34，并保存；
A5、控制校准电压输出模块输出第二校准电压＝4.53V；
A6、延时1秒，以输出稳定的第二校准电压；
A7、对第二校准电压进行AD转换，输出AD转换值X2＝880，并保存；
A8、计算出直流偏置校准值C2和线性斜率校准值C1，并保存，具体计 算过程如下：
C1＝(X02-X01)/(X2–X1)＝(928–33)/(880–34)＝1.06
C2＝X01–C1*X1＝33-(928–33)/(880–34)*34＝-3.04
其中，X01为第一校准电压为0.16V的理想AD转换值＝(0.16/5)* 1024＝33；X02为第二校准电压为4.53V的理想AD转换值＝(4.53/5)*1024 ＝928；
A9、对待测量信号进行AD转换，输出AD转换值X3，并保存；以其中 一次采样为例，待测量信号为2.5V，该测量信号进行AD转换后的理想AD 转换值为512，而实际AD转换值为X3＝486，即AD转换的误差为5％。
A10、根据直流偏置校准值C2和线性斜率校准值C1，计算出补偿后的测 量结果Y；计算公式如下：Y＝X3*C1+C2；作为例子，Y＝486*1.06–3.04 ＝512，补偿后的测量结果与理想值一致，误差大大减小。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间 接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。